60年以上前に発明された半導体レーザーは、バーコードスキャナー、光ファイバー通信、医療イメージング、リモートコントロールなど、今日の多くの技術の基礎です。
レーザー技術の可能性は、1960年に長い理論的レーザーが初めて実証されたときに科学コミュニティを驚かせました。 3つの米国の研究センターは、それを知らずにテクノロジーの最初の半導体バージョンを開発するレースを開始しました。 3社の電気、IBMのThomas J. Watson Research Center、およびMITのリンカーン研究所は、1962年に数日以内に半導体レーザーの最初のデモンストレーションを報告しました。
半導体レーザーは、3つの儀式でIEEEマイルストーンに指定され、各デバイスに記念プラークが設置されています。
レーザーの発明は、3方向のレースを引き起こしました
レーザーの核となる概念は、アルバート・アインシュタインが「刺激された放出」の理論を提案した1917年にさかのぼります。科学者は、電子が自発的に光を吸収して放出できることをすでに知っていましたが、アインシュタインは特定の波長で放出するために操作できると考えていました。エンジニアが彼の理論を現実に変えるのに数十年かかりました。
1940年代後半、物理学者は、第二次世界大戦で米軍が使用する真空管の設計を改善し、信号を増幅することにより敵の航空機を検出するために取り組んでいました。そのうちの1人は、ニュージャージー州マレーヒルのベルラボの研究者であるチャールズタウンズでした。彼は、ガス分子を含む空洞に電磁波のビームを渡すことにより、より強力なアンプを構築することを提案しました。波はガス内の原子を刺激して、波とまったく同じ速度でエネルギーを放出し、より強力なビームとして空洞を残すエネルギーを生成します。
1954年、当時コロンビア大学の物理学教授だったタウンズは、「メーサー」と呼ばれるデバイスを発明しました（放射線の刺激放出の増幅の略）。それはレーザーの重要な前駆体であることが判明しました。
American Physical Societyが発行した記事によると、多くの理論家はTownesに彼のデバイスが機能しないと語った。それがうまくいくと、他の研究者はすぐにそれをコピーし、バリエーションを発明し始めたと記事は述べた。
町や他のエンジニアは、高周波エネルギーを活用することで光のビームを生成できるメーザーの光学バージョンを作成できると考えました。このようなデバイスは、マイクロ波よりも強力なビームを生成する可能性がありますが、赤外線から可視光まで、さまざまな波長で光のビームを生成します。 1958年、タウンズは「レーザー」の理論的概要を発表しました。
「62年前に米国北東部のこれらの3つの組織が、現在および将来これらすべての機能を提供してくれたことは驚くべきことです。」
いくつかのチームが協力してデバイスを構築し、1960年5月に、カリフォルニア州マリブにあるヒューズ研究所の研究者であるセオドアマイマンが最初の作業レーザーを建設しました。 3か月後、マイマンは、2つの鏡のような銀の表面の間に配置されたルビーロッドに光を当てた強力なランプである、本発明を説明する論文に論文を公開しました。表面によって形成された光学空洞の振動ルビー蛍光によって生成される光は、アインシュタインの刺激放出を実現します。
基本的なレーザーが現実になりました。エンジニアはすぐにさまざまなモデルの設計を開始しました。
多くの人は、おそらく半導体レーザーの可能性について最も興奮していました。半導体材料を操作して、適切な条件下で電気を行うことができます。基本的に、半導体材料から作られたレーザーは、レーザー光源とアンプ、レンズ、ミラーのマイクロメートルサイズのデバイスに必要なすべてのコンポーネントに適合する可能性があります。
工学と技術の歴史であるウィキペディアによると、「これらの望ましい特性は、分野全体で科学者とエンジニアの想像力を捉えました」と述べています。
1962年、多くの研究者が、既存の材料が優れたレーザー半導体であるアルセニドガリウムであることを発見しました。
ガリウムアルセニドは、半導体レーザーに理想的な材料です
1962年7月9日、MITリンカーンの研究所の研究者であるロバート・キーズとセオドア・クイストは、Solid-State Device Research Conferenceの聴衆の前で、実験的な半導体レーザーを開発していると発表しました。 MITでの発表式。 Juodawlkisは、MIT Lincoln LaboratoryのQuantum Information and Integrated Nanosystems Groupのディレクターでした。
当時のレーザーはまだ一貫したビームを放出することができなかったが、作業はすぐに進行していた、とジュダウルキスは言った。その後、ジュダウルキスとQuistは聴衆を驚かせました。彼らは、アルセニドのガリウム半導体に注入された電気エネルギーのほぼ100％が光に変換できることを示すことができると彼らは言いました。
誰も以前にそのような主張をしたことがありませんでした。聴衆は不信感であり、彼らの不信は共有されました。
「ジュダウルキスの講演の終わりに、聴衆が立ち上がって、「まあ、これは熱力学の第二の法則に違反している」と言った」とジュダウルキスは言った。
聴衆は笑い声で噴火した。しかし、ニューヨークのスケネクタディにあるゼネラルエレクトリックリサーチラボラトリーズの半導体専門家である物理学者のロバートN.ホールが沈黙させました。
「ボブ・ホールが出てきて、なぜ第二法律に違反しなかったのかを説明した」とジュダウルキスは言った。 「それは感覚でした。」
複数のチームが競走して作業半導体レーザーを開発し、勝者は数日以内に来ました。
半導体レーザーは、液体窒素で満たされたガラス容器に吊り下げられた小さな半導体結晶で作られているため、デバイスを涼しく保ちます。
ホールはGEに戻り、JuodawlkisとQuistのプレゼンテーションに触発されて、チームをリードして効率的で効果的なアルセニドレーザーを作成できると確信しました。彼はすでに半導体と何年も働き、いわゆる「ピン」ダイオード整流器を発明していました。
半導体材料である純粋なゲルマニウムで作られた結晶を使用した整流器は、交互の電流を電力透過のために固体半導体の主要な開発を直接変換することができます。
この経験により、半導体レーザーの開発が加速されました。ホールと彼のチームは、「ピン」整流器に似たデバイスを使用しました。彼らは、2つのミラーの間の空洞に挟まれて、光が繰り返し跳ね返るように、2つのミラーの間の空洞に挟まれた、サイズの3分の1の3分の1のクリスタルからコヒーレントな光を生成するダイオードレーザーを構築しました。発明のニュースは、1962年11月1日、物理的なレビューレターの号に掲載されました。
ホールと彼のチームが働いていたとき、ニューヨークのヨークタウンハイツのワトソン研究センターの研究者もそうでした。 ETHWによると、1962年2月、以前にアルセニドで働いていたIBMの研究者であるマーシャルI.ネイサンは、彼の部門長からタスクを受け取りました。
ネイサンは、レーザーの開発において、ウィリアム・P・ダムケ、ジェラルド・バーンズ、フレデリック・H・ディール、ゴードン・ラッシャーを含む研究者チームを率いました。彼らは10月にタスクを完了し、1962年10月4日に公開した物理学の手紙を応用することで作業を概説する論文を手渡しました。
MITのリンカーン研究所で、Quist、Juodawlkis、および同僚のRobert Reddickは、1962年11月5日、Applied Physics Lettersの発行で結果を報告しました。
それはすべて非常に速く起こったので、ニューヨークタイムズの記事は「驚くべき偶然」に驚嘆し、IBMの役人はGEが記者会見への招待を送るまでGEの成功を知らなかったと指摘しました。
3つの組織はすべて、IEEEによって彼らの仕事を称えられています。 「おそらく、半導体レーザーが通信分野に最大の影響を与えた」とETHWの記事は書いています。 「1秒ごとに、半導体レーザーは人間の知識の合計を静かに光にエンコードし、それを海と空間でほぼ即座に共有できるようにします。」
MITのスポークスマンは、GEが自分のチームの前に「数日または1週間」の成功を達成したとタイムズに語った。 IBMとGEは両方とも10月に米国の特許を申請し、最終的に両方が付与されました。
リンカーンの研究室式典で、Gioudarkisは、あなたが「電話をかける」または「Google Silly Cat Videos」のたびに、半導体レーザーを使用していると指摘しました。
「より広い世界を見ると、半導体レーザーは実際に情報時代の基礎の1つです。」と彼は言いました。
彼は1963年の雑誌の記事からの引用でスピーチを終了しました。「世界が何千もの異なるテレビ番組から選択しなければならなかった場合、小さな赤外線ビームを備えたいくつかのダイオードはそれらをすべて同時に選択できます。」
それは「半導体レーザーの予測」だった、とGioudarkisは言った。 「北東部のこれらの3つの組織が62年前に、これらすべての能力を現在および将来提供してくれたことは驚くべきことです。」
ゼネラルエレクトリック、ワトソンリサーチセンター、リンカーン研究所は現在、この技術を称えるプラークを展示しています。彼らは読んだ：
1962年の秋、半導体レーザーの最初のデモは、それぞれゼネラルエレクトリックのスケネクタディおよびシラキュース植物、IBMのトーマスJ.ワトソン研究センター、およびMITのリンカーン研究所によって報告されました。直接電流注入を搭載し、紫外線から赤外線までの範囲の波長を備えた、米の粒よりも小さく、半導体レーザーは、最新の通信、データストレージ、および精密測定システムで遍在しています。
