تاریخچه لیزر : شرح حال تولد و بلوغ فناوری انقلابی و جاه‌طلبانه‌ای که زندگی بشر را تغییر داد (قسمت دوم)

تاریخچه لیزر : شرح حال تولد و بلوغ فناوری انقلابی و جاه‌طلبانه‌ای که زندگی بشر را تغییر داد (قسمت دوم)

به مناسبت شصتمین سالگرد تولد لیزر، جدول زمانی توسعه‌ی این فناوری را ارائه می‌کنیم. قسمت گذشته از تولد لیزر شروع کرده و تا توسعه‌ی دیسک‌های نوری در سال 1961 ادامه دادیم. پس از آن، لیزر وارد حوزه‌ی بسیار مهم مخابرات می‌شود و تا سال 2000 میلادی، اولین سیستم فیبر نوری در شیکاگو عملیاتی می‌شود. در این برهه اولین آلبوم موسیقی در دیسک‌های نوری وارد بازار شده و لیزر خود را برای ورود مقتدرانه به قرن بیست‌و‌یکم آماده می‌کند.

اوایل سال 1963: مجله‌ی بارون (Barron) پیش‌بینی می‌کند که ارزش بازار سالیانه‌ی لیزر را یک میلیون دلار تخمین می‌زند.

1963: لوگان هارگروف (Logan E. Hargrove) و همکارانش اولین تحقق یک لیزر هلیوم-نئون با مدولاتور آکوستو-اپتیک را گزارش می‌کنند. این لیزر برای ارتباطات لیزری، الزامی بوده و اساس لیزرهای فمتوثانیه است.

1963: هربرت کروئمر (Herbert Kroemer) از دانشگاه سانتا باربارا و گروه رودلف کازارینوف (Rudolf Kazarinov) و آلفروف (Zhores Alferov) از روسیه، بطور کاملا جداگانه ایده‌هایی برای ساخت لیزرهای نیمه‌هادی از دستگاه‌های نامتجانس پیشنهاد می‌کنند. این کار، جایزه‌ی نوبل فیزیک سال 2000 را برای آلفروف و کروئمر به ارمغان می‌آورد.

مارس 1964: ویلیام بریجز (William B. Bridges) از آزمایشگاه‌های بل، بعد از دو سال کار بر روی لیزرهای هلیوم-نئون (HeNe) و زنون (xenon)، لیزر پالسی یون آرگون را کشف می‌کند. این لیزر در عین حجیم بودن و ناکارآمدی، می‌توانست در چند طول ‌موج مرئی و ماورابنفش، خروجی تولید کند.

1964: تاونز و همکارانش جایزه‌ی نوبل فیزیک را برای کار بنیادی خود در زمینه‌ی الکترونیک کوانتومی کسب می‌کنند. این کار آن‌ها، منجر به ساخت نوسانگرها و تقویت‌کننده‌های مبتنی بر اصل میزر-لیزر شده است.


تصویر ۱: عملکرد یک لیزر در آزمایشگاه اپتیک فضایی مرکز تحقیقات الکترونیکی توسط لوول روزن (چپ) و دکتر نورمن نابل (راست) بررسی می‌شود. 

1964: لیزر کربن‌دی‌اکسید توسط کومار پاتل (Kumar Patel) در آزمایشگاه‌های بل اختراع می‌شود. قوی‌ترین لیزری که در زمان خود به طور پیوسته کار می‌کرد، اکنون در سراسر دنیا به عنوان ابزار برش در جراحی و صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد.

1964: لیزر Nd:YAG توسط جوزف گئوسیک (Joseph E. Geusic) و ریچارد اسمیت (Richard G. Smith)‌ در آزمایشگاه‌های بل اختراع می‌شود. این لیزر بعدا به عنوان لیزر مناسب برای کاربردهای زیبایی مانند عمل اصلاح بینایی و بازسازی پوست شناخته می‌شود.

1965: برای اولین بار، دو لیزر در آزمایشگاه‌های بل، قفل فاز می‌شوند که گام مهمی بسوی ارتباطات نوری است.

1965: کاسپر (Jerome V.V. Kasper) و پیمنتال (George C. Pimentel) اولین لیزر شیمیایی را در دانشگاه برکلی ثابت می‌کنند.

1966: ماری اسپیث از آزمایشگاه هوگز، لیزر رنگی قابل تنظیم با یک پمپ لیزر یاقوتی را اختراع می‌کند.

1966: چارلز کائو (Charles K. Kao) و همکارش در آزمایشگاه استاندارد مخابرات انگلیس، کشفی را انجام می‌دهند که منجر به یک پیشرفت مهم در فیبرهای نوری می‌شود. او چگونگی انتقال نور در مسافت‌های طولانی با استفاده از فیبرهای نوری شیشه‌ای را محاسبه می‌کند. کار او مشخص کرد که با یک فیبر از جنس خالص‌ترین شیشه، امکان ارسال سیگنال‌های نوری در مسافت‌های بیش از 100 کیلومتر امکان‌پذیر است در حالیکه در فیبرهای نوری دهه‌ی 1960 تنها 20 متر امکان ارسال سیگنال وجود داشت. کائو جایزه‌ی نوبل فیزیک در سال 2009 را برای این کارش کسب کرد.

1966: فیزیک‌دان فرانسوی، آلفرد کاستلر (Alfred Kastler) برای روش تحریک اتم‌ها به ترازهای بالاتر انرژی که از سال 1949 تا 1951 توسعه داده بود، جایزه‌ی نوبل فیزیک را کسب می‌کند. این روش که به عنوان پمپ نوری شناخته می‌شود، گام مهمی بسوی خلق میزر و لیزر بود.

مارس 1967: برنارد سافر (Bernard Soffer) و بیل مک فارلند (Bill McFarland) لیزر رنگی قابل تنظیم جدیدی را اختراع می‌کنند.

فوریه‌ی 1968: مایمن و دیگر پیشتازان لیزر، انجمن صنعتی لیزر را تشکیل می‌دهند که در سال 1972 به موسسه‌ی لیزر آمریکا تبدیل شد.

1970: گولد، دوباره حق اختراع خود را زمانی که TRG فروخته می‌شود، به قیمت 1 دلار و 10 درصد سود آینده‌ی اختراعش خریداری می‌کند.

1970: باسوف و همکارانش لیزر برانگیخته‌پار (excimer laser) را در موسسه‌ی فیزیک لبدوف توسعه می‌دهند.

بهار 1970: گروه آلفروف در موسسه‌ی فیزیکی-صنعتی لوفه و همکارانش در آزمایشگاه بل، اولین لیزر موج پیوسته‌ی نیمه‌هادی دمای اتاق را تولید می‌کنند که راه را برای تجاری‌سازی مخابرات فیبر نوری هموار می‌کند.

1970: آرتور اشکین (Arthur Ashkin) از آزمایشگاه بل، به دام انداختن نوری را اختراع می‌کند. فرایندی که طی آن اتم‌ها توسط لیزر به دام انداخته می‌شوند. کار او پیشتاز عرصه‌ی انبر کردن (tweezing) و به دام انداختن (trapping) نوری و منجر به پیشرفت‌های مهمی در فیزیک و زیست‌شناسی می‌شود.

1971: ایزو هایاشی (Izuo Hayashi) و مورتون پانیش (Morton B. Panish) از آزمایشگاه‌های بل، اولین لیزر نیمه‌هادی را طراحی می‌کنند که به طور پیوسته در دمای اتاق کار می‌کند.

1972: چارلز هنری (Charles H. Henry) لیزر چاه کوانتومی را اختراع می‌کند که نسبت به لیزرهای دیودی جریان کمتری را برای رسیدن به آستانه‌ی لیزر کردن نیاز دارد و بسیار کارآمدتر است. هولونیاک و دانشجویانش در دانشگاه ایلینوی اولین کسانی بودند که لیزر چاه کوانتومی را در سال 1977 نمایش دادند.

1972: از یک اشعه‌ی لیزر برای الگودهی مدار الکترونیکی بر روی سرامیک در آزمایشگاه‌های بل استفاده می‌شود.

26 ژوئن 1974: یک بسته آدامس جویدنی اولین محصولی است که در یک فروشگاه خواربارفروشی با اسکنر بارکدخوان خوانده می‌شود.

1975: مهندسان آزمایشگاه‌های لیزر دیودی در متوچن (Metuchen)، اولین لیزر نیمه‌هادی موج پیوسته تجاری در دمای اتاق را توسعه می‌دهند. عملکرد موج پیوسته امکان انتقال مکالمات تلفنی را فراهم می‌کند.

1975: اولین عملیات لیزر چاه کوانتومی توسط زیل (Jan P. Van der Ziel)، دینگل (R. Dingle)، میلر (Robert C. Miller) و ویگمن (William Wiegmann)، نوردلند (W.A. Nordland Jr) انجام می‌شود، اما این لیزرها در واقع در سال 1994 توسعه پیدا می‌کنند.

1976: اولین لیزر نیمه‌هادی برای اولین بار در آزمایشگاه‌های بل ساخته می‌شود که به طور مداوم در دمای اتاق و با طول ‌موج 1 میکرومتر کار می‌کند.


تصویر ۲: گوردون گولد

1976: جان مادی (John M.J. Madey) و گروهش در دانشگاه استنفورد اولین لیزر الکترون آزاد (FEL) را اثبات می‌کنند. FEL از یک پرتوی الکترونی که تا نزدیکی سرعت نور شتاب داده شده، استفاده می‌کند. این پرتو سپس از یک میدان مغناطیسی متناوب عمود بر جهت انتشارش عبور می‌کند تا تابش همدوس تولید کند. به دلیل اینکه محیط لیزر تنها شامل الکترون‌ها در خلا است، FELها خسارت ماده یا مشکلات حرارتی که مانع عملکرد لیزرهای معمولی می‌شود را ندارند و لذا می‌توانند به توان‌های بسیار بالا دست یابند.

1977: اولین راه‌اندازی تجاری سیستم مخابراتی موج نور با فیبرهای نوری آزمایشگاه‌های بل در خیابان‌های شیگاگو انجام می‌شود.

11 اکتبر 1977: گولد گواهی اختراع پمپ نوری را ثبت می‌کند که بعدها در 80 درصد لیزرها از آن استفاده شد.

1978: دیسک‌های لیزری، بازار ویدئوی خانگی را تغییر می‌دهند. پخش‌کننده‌های قبلی از لوله‌های لیزر HeNe برای خواندن استفاده می‌کنند، در حالیکه پخش‌کننده‌های جدید از دیودهای لیزر IR‌ استفاده می‌کنند.

1978: به دنبال شکست فناوری دیسک‌های ویدئویی، شرکت فیلیپس پروژه‌ی دیسک‌های فشرده (CD) را اعلام می‌کند.

1979: گولد گواهی ثبت اختراعی را دریافت می‌کند که محدوده‌ی وسیعی از کاربردهای لیزر را پوشش می‌دهد.


تصویر ۳: پروفسور آرتور اسکوالو

1981: اسکالو و بلومبرگن جایزه‌ی نوبل فیزیک را برای مشارکتشان در توسعه‌ی طیف‌سنجی لیزری دریافت می‌کنند.

1982: پیتر مولتون (Peter F. Moulton) از آزمایشگاه لینکلن MIT لیزر تیتانیوم-یاقوت (titanium-sapphire) را توسعه می‌دهد که برای تولید پالس‌های کوتاه در محدوده‌ی پیکوثانیه و فمتوثانیه به کار می‌رود. لیزر Ti:sapphire جایگزین لیزرهای رنگی برای کاربردهای بسیار سریع و قابل تنظیم می‌شود.

اکتبر 1982: سی‌دی‌های صوتی، یکی از مشتقات فناوری دیسک‌های لیزری ویدئو شروع به کار می‌کند. طرفداران بیلی جوئل (Billy Joel) از اینکه آلبوم سال 1978 بیلی با نام «خیابان 52ام» اولین آلبوم موسیقی منتشر شده در سی‌دی است، هیجان‌زده هستند.

تصویر ۴: وزیر اسبق انرژی ایالت متحده، استیفن کو

1985: استیون کو از آزمایشگاه‌های بل (وزیر انرژی آمریکا 13-2009) و همکارانش از نور لیزر برای آهسته کردن و دستکاری اتم‌ها استفاده می‌کنند. روش خنک‌کردن لیزری آن‌ها که «optical molasses» نیز نامیده می‌شود، برای بررسی رفتار اتم‌ها به کار می‌رود که نگرش جدیدی نیز نسبت به مکانیک کوانتومی بدست می‌دهد. کو و همکارانش برای این کار، جایزه‌ی نوبل فیزیک را در سال 1997 کسب می‌کنند.

1987: دیوید پاین (David Payne) و گروهش در دانشگاه ساوت‌همپتون (Southampton) انگلیس، تقویت‌کننده‌های فیبری با ناخالصی اربیوم را معرفی می‌کنند. این تقویت‌کننده‌های نوری جدید، سیگنال‌های نوری را بدون اینکه نیاز باشد در ابتدا به سیگنال الکتریکی و سپس مجددا به سیگنال نوری تبدیل شوند، تقویت می‌کنند. این روش، هزینه‌ی سیستم‌های فیبر نوری مسافت‌های طولانی را کاهش می‌دهد.

1988: گولد شروع به دریافت حق امتیاز از اختراعش می‌کند.

1994: اولین لیزر نیمه‌هادی (لیزر آبشاری کوانتومی-quantum cascade (QC) laser) که می‌تواند در چند طول‌موج کاملا جداگانه، بطور همزمان نور بتابد، توسط فایست (Jérôme Faist) و همکارانش در آزمایشگاه‌های بل اختراع می‌شود. این لیزر به دلیل اینکه کل ساختارش به صورت لایه‌نشانی اشعه‌ی مولکولی (molecular beam epitaxy) تولید می‌شود، منحصر بفرد است. تغییر ضخامت لایه‌های نیمه ‌هادی می‌تواند طول ‌موج لیزر را تغییر دهد. با عملکرد این لیزر در دمای اتاق و محدوده‌ی توان و تنظیم آن، لیزر QC برای سنجش از راه دور گازهای درون اتمسفر، ایده‌آل است.

1994: اولین اثبات لیزر نقطه‌ی کوانتومی (quantum dot laser) توسط نیکولای (Nikolai N. Ledentsov) در موسسه‌ی لوفه (A.F. Ioffe Physico-Technical Institute) گزارش می‌شود.

نوامبر 1996: اولین لیزر اتمی پالسی که از ماده به جای نور استفاده می‌کند، در MIT توسط کترلی (Wolfgang Ketterle) اثبات می‌شود.

ژانویه‌ی 1997: شوجی نیکامارا (Shuji Nakamura) و همکارانش در دانشگاه سانتا باربارا، توسعه‌ی یک لیزر گالیم-نیترایدی (gallium-nitride- GaN) را اعلام می‌کنند که رنگ روشن آبی-بنفش را بصورت پالسی می‌تاباند.
 


ادامه دارد...
كلمات كليدي :
لیزر , تاریخچه لیزر , گاه شمار لیزر
 
امتیاز دهی