در بخش قبل این مقاله، مسیر تحولات لیزری جهان تا ده سال پس از پیدایش آن پیگیری کردیم. در ادامه گذران شتابان این مسیر را تا ۵۰ سالگی یا رسیدن به نیمه قرن ظهور لیزر پی می‎ گیریم.

۱۹۷۱: ایزوهایاشی[۱] و مورتون پنیش[۲] از آزمایشگاه بل، اولین لیزر نیمه هادی را طراحی می کنند که می تواند به طور پیوسته در دمای اتاق عمل کند.

۱۹۷۲: چارلز هنری[۳] لیزر چاه کوانتومی[۴] را اختراع می کند. این لیزر نیاز به جریان کمتری تا رسیدن به آستانه‎ لیز دادن نسبت به لیزرهای دیود معمولی دارد و این موضوع این لیزر را بسیار کارآمد می کند. هولونیک[۵] و دانشجویانش از دانشگاه ایلینوی در در اوربانا چامپاین[۶] برای اولین بار در سال ۱۹۷۷، آزمایش لیزر چاه کوانتومی را نشان می دهند.

۱۹۷۲: یک پرتو لیزر در آزمایشگاه بل برای ایجاد الگوی مدار الکترونیکی بر روی سرامیک استفاده می شود.

۲۶ ژوئن ۱۹۷۴: یک بسته آدامس ریگلی[۷]، اولین محصولی است که توسط یک اسکنر بارکد در یک فروشگاه مواد غذایی بارکد خوانی شده است.

۱۹۷۵: مهندسان آزمایشگاه های لیزر دیود در متوچن، ان. جی[۸]، اولین لیزر نیمه هادی موج پیوسته تجاری را که در دمای اتاق عمل می کند، توسعه می دهند. عملکرد موج پیوسته لیزر امکان انتقال مکالمات تلفنی را فراهم می کند.

۱۹۷۵: اولین بهره برداری از لیزر چاه کوانتومی توسط جان واندرزیل[۹] و جمعی از دانشمندان همکارش[۱۰] انجام شد. در واقع این لیزرها در سال ۱۹۹۴ به طور کامل توسعه یافتند.

۱۹۷۶: برای اولین بار یک نوع لیزر نیمه هادی در آزمایشگاه بل به نمایش گذاشته شد. این لیزر به طور مداوم در دمای اتاق با طول‌ موجی بیش از ۱ میکرومتر کار می کند و پیشگام سیستم های موج نوری با طول موج بلند است.

۱۹۷۶: جان مادی[۱۱] به همراه گروهش در دانشگاه استنفورد در کالیفرنیا اولین لیزر الکترون آزاد[۱۲] را به نمایش گذاشتند. لیزر الکترون آزاد به جای محیط فعال، از یک پرتو الکترون که با سرعتی نزدیک به سرعت نور شتاب می یابد استفاده می کند. سپس این باریکه الکترونی از یک میدان مغناطیسی عرضی عبور می کند تا تابش همدوس را تولید کند. از آنجا که محفظه خنک‌کننده، تنها شامل یک الکترون در محیط خلاء است، لیزرهای الکترون آزاد آسیب های مادی و یا مشکلات لنزهای حرارتی را که باعث آسیب به لیزرهای معمولی می شود، ندارند و می توانند قله توان بسیار زیاد را در دسترس قرار دهند.

۱۹۷۷: نخستین تأسیسات تجاری از سیستم ‎های مخابراتی موج نوری فیبر نوری در آزمایشگاه بل در خیابان های شیکاگو بهره برداری شد.

گوردون گاولد

۱۱ اکتبر ۱۹۷۷: گاولد برای پمپاژ نوری درخواست ثبت اختراع می دهد. از این فرآیند در ۸۰ درصد لیزرها استفاده می شود.

۱۹۷۸: دیسک لیزری، با تأثیر کمرنگی، به بازار ویدیوهای خانگی می پیوندد. در اولین نمونه های آن‌ از لوله های لیزری هلیوم-نئون برای خواندن داده ها استفاده می شد، بعدها از دیودهای لیزری مادون قرمز برای این منظور استفاده کردند.

دیسک لیزری در مقایسه با لوح فشرده (CD)

۱۹۷۸: پس از شکست پروژه ویدیو دیسک، فیلیپس طرح لوح فشرده (CD) را انتشار می ‌دهد.

۱۹۷۹: گاولد اختراع خود را که بسیاری از کاربردهای لیزر را پوشش می داد، ثبت می کند.

۱۹۸۱: شالو و بلومبرگن جایزه نوبل در فیزیک را برای کمک به توسعه اسپکتروسکوپی لیزری دریافت می کنند.

آرتور شالو

۱۹۸۲: پیتر موالتن[۱۳] از آزمایشگاه اِم آی تی لینکلن، لیزر تیتانیوم-یاقوت کبود را تولید می کند که برای تولید پالس های کوتاه در محدوده های پیکوثانیه و فمتوثانیه استفاده می شود. این لیزر جایگزین لیزر رنگینه ای برای کاربردهای فوق العاده سریع و کوک ‌پذیر می باشد.

اکتبر ۱۹۸۲: لوح فشرده صوتی، به عنوان یک محصول جداشده از تکنولوژی ویدیو دیسک لیزری، شروع به کار کرد. اولین آلبوم موسیقی به صورت سی دی منتشر شد و طرفداران خود را به وجد آورد.

۱۹۸۵: استیون چو[۱۴] و همکارانش از نور لیزر برای کندکردن و دستکاری اتم ها استفاده کردند. تکنولوژی سردسازی لیزر با نام «ملاس نوری[۱۵]» برای بررسی رفتار اتم ها استفاده می شود و دید خوبی نسبت به مکانیک کوانتومی می دهد. چو، کلود کوهن- تانوجی[۱۶] و ویلیام فیلیپس[۱۷] جایزه نوبل سال ۱۹۹۷ را برای این ‌کار دریافت کردند.

چو برنده جایزه نوبل. وی در سال‌۲۰۱۰ وزیر انرژی ایالات متحده بود.

۱۹۸۷: دیوید پاین[۱۸] و تیمش از دانشگاه ساوتمپتون از انگلستان، تقویت‌کننده فیبر آلاییده با اربیوم را معرفی کردند. این تقویت‌ کننده های نوری جدید سبب افزایش سیگنال های نور بدون نیاز به تبدیل آن ها به سیگنال های الکتریکی و بعد بازگشت آن به نور می شوند، همچنین سبب کاهش هزینه در سیستم های فیبر نوری با طول بلند نیز می شوند.

۱۹۸۸: گاولد شروع به دریافت حق امتیاز از ثبت اختراع خود می کند.

در مرکز تحقیقات الکترونیک، خواص مولکولی مایعات را با استفاده از تکنولوژی لیزر مورد بررسی قرار می دادند. مرکز تحقیقات الکترونیک در سپتامبر سال ۱۹۶۴ افتتاح شد و تنها مرکز ناسا است که در ژوئن ۱۹۷۰ تعطیل شد. مأموریتش توسعه الکترونیک جدید و آموزش فارغ التحصیلان، همچنین کارکنان ناسا بود.

۱۹۹۴: نخستین لیزر نیمه هادی که به طور هم ‌زمان می تواند نور را در طول ‌موج های متعدد انتشار دهد، یعنی  لیزر آبشار کوانتومی[۱۹] در آزمایشگاه های بل توسط جرمی فیست[۲۰] و سایر همکارانش اختراع شد. این لیزر دارای ساختاری منحصر به فرد است زیرا توسط یک لایه اتم در زمانی مشخص با تکنیک رشد بلوری به نام اپیتاکسی باریکه مولکولی[۲۱] تولید شده است. بدین ‎ترتیب تغییر ضخامت لایه های نیمه هادی، به سادگی می تواند طول ‌موج لیزر را تغییر دهد. با استفاده از درجه حرارت اتاق، توان و تنظیم مناسب، لیزر آبشار کوانتومی  به صورت ایده ال برای سنجش از راه دور گازهای درون جو استفاده می شود.

 

۱۹۹۴: نمایش اولیه لیزر نقطه کوانتومی[۲۲] با چگالی آستانه بالا، توسط نیکولای لدنتساو[۲۳] در مؤسسه فنی فیزیک ای. اف ایوف[۲۴] گزارش شد.

 

باریکه ایری[۲۵] با انرژی محدود، یک پرتو نور است که می تواند خم شود و بدون گستردگی پخش گردد (مرکز آموزشی و تحقیقاتی اپتیک و لیزر، دانشگاه مرکزی فلوریدا).

نوامبر ۱۹۹۶: اولین پالس لیزر اتمی، که در آن ماده جایگزین نور می شود، توسط ولفگانگ کترل[۲۶] در دانشگاه اِم آی تی به نمایش درآمد.

ژانویه ۱۹۹۷: شوجی ناکامورا، استیون دن بارز و جیمز اسپک[۲۷] در دانشگاه کالیفرنیا در سانتا باربارا، لیزر گالیوم-نیترید را توسعه دادند. نور این لیزر به رنگ بنفش روشن ساطع می شد.

 

 

 

 

در سال ۱۹۹۷، یک مهندس در مرکز پرواز فضایی مارشال (MSFC)، در تونل باد از لیزر برای اندازه گیری سرعت و اعوجاجات گرادیان در طول ۸ اینچ استفاده می کند. در این آزمایش از لیزر استفاده شده است زیرا لیزر هنگام اندازه گیری، اختلالی در جریان گازها ایجاد نمی کند که آزمایش را با خطا مواجه سازد. در حقیقت هدف از این پژوژه طراحی یک خط خوراک هیدروژن برای فراهم ساختن یک جریان یکنواخت در پمپ توربو بوده است  (آرشیو ناسا).

سپتامبر ۲۰۰۳: یک تیم از محققان مرکز پرواز فضایی مارشال در ناسا در هانتسویل، آلاسکا، از مرکز تحقیقاتی پرواز هواپیمایی ناسا در پایگاه هوایی ادواردز در کالیفرنیا و از دانشگاه آلاباما در هانتسویل، اولین هواپیمای لیزری را با موفقیت به پرواز درآوردند. بدنه این هواپیما از چوب بالسا ساخته شده بود. این بدنه دارای عرض ۱٫۵ متر و وزن ۳۱۱ گرم است. توانی که به این هواپیما منتقل می شود، توسط یک لیزر زمینی با نور نامرئی است. این لیزر مسیر هواپیما را در پرواز ردیابی می کند و پرتو انرژی اش را در سلول های مخصوص فتوولتاییک طراحی شده، حمل می کند تا قدرت پروانه هواپیما را کنترل کند.

 

 

کمیته‎ بین المللی همجوشی محصور سازی لختی[۲۸] شامل محققان  ال ال ان ال[۲۹] از لیزر امگا[۳۰] در آزمایشگاه دانشگاه راچستر برای انجام آزمایشات و اهداف خود استفاده می کنند. لیزر امگا ۶۰ در دانشگاه روچستر از سال ۱۹۹۵ فعال بوده است (آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور).

۲۰۰۴: برای اولین بار، سوئیچ الکترونیکی توسط ازدال بیراز[۳۱] و بهرام جلالی از دانشگاه کالیفرنیا در لس انجلس نشان داده شد. اولین لیزر سیلیکانی رامان در دمای اتاق با حداکثر توان خروجی ۲٫۵ وات عمل کرد. در مقایسه با لیزرهای رامان مرسوم، لیزر سیلیکانی خالص رامان می تواند به طور مستقیم برای انتقال داده ها مدوله شود.

سپتامبر ۲۰۰۶: جان باورز[۳۲] و همکارانش در دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا و ماریو پانیسیا[۳۳] مدیر آزمایشگاه فناوری فوتونیک اینتل در سانتا کلارا کالیفرنیا، اعلام کردند، اولین لیزر سیلیکان هیبرید الکتریکی با استفاده از فرآیندهای تولید سیلیکان استاندارد ساخته شده است. پانیسیا گفت: دستیابی به این موفقیت می تواند مسیر انتقال داده های نوری در سطح ترا بیت را با هزینه کم، در کامپیوترهای آینده به ارمغان بیاورد.

دکتر چانلی گو در کنار لیزر فمتوثانیه خود در دانشگاه روچستر

 

آگوست ۲۰۰۷: باورز و دانشجوی دکترایش، برایان کُچ[۳۴] اعلام کردند موفق به ساخت اولین لیزر سیلیکانی با مد قفل شده ناپایدار شدند. با این کار راه جدیدی را برای یکپارچه سازی نوری و الکترونیکی در یک تک تراشه و ایجاد انواع جدیدی از مدارهای مجتمع ارائه کردند.

می ۲۰۰۹: در دانشگاه روچستر در نیویورک، محقق چانلی گو[۳۵]، از فرآیند جدید پالس های لیزر فمتوثانیه استفاده می کند تا نور لامپ های رشته ای معمولی را به اندازه کافی زیاد کند. پالس لیزری، بر روی رشته لامپ، متمرکز می شود و سطح فلز را به شکل نانوساختارها شکل می دهد. این کار باعث می شود تنگستن در تابش نور بسیار مؤثر باشد. گو در این ‌باره می گوید: با این فرآیند یک لامپ ۱۰۰ وات می تواند مصرف برق کمتری نسبت به یک لامپ ۶۰ وات داشته باشد.

۲۹ می ۲۰۰۹: عنوان بزرگ ترین و پر انرژی ترین لیزر در جهان، به تأسیسات احتراق ملی[۳۶] در آزمایشگاه ملی لورنس لیورمور، کالیفرنیا، اختصاص یافت. در عرض چند هفته، این مجموعه  شروع به شلیک ۱۹۲ پرتو لیزر خود بر روی اهداف  مورد نظرش کرد.

 

سیلندر هولراوم[۳۷]، به کار رفته در تأسیسات احتراق ملی که حاوی کپسول سوخت همجوشی است، فقط چند میلی ‌متر عرض دارد. این محفظه در حدود اندازه یک مداد پاک ‌کن، با سوراخ ورودی پرتو در هر دو طرف است. کپسول سوخت اندازه یک نخود کوچک است (NIF/LLNL).

ژوئن ۲۰۰۹: ناسا مدارگرد شناسایی ماه[۳۸] را راه اندازی می کند. ارتفاع ‌سنج لیزری مدار ماه در مدارگرد شناسایی ماه، برای جمع آوری اطلاعات در نقاط بالا و پایین ماه استفاده می شود. ناسا، از این اطلاعات برای رسم نقشه سه بعدی استفاده می کند. این نقشه ها می توانند مکان های یخ ‌زده ماه و مکان های مناسب فرود، برای فضاپیماهای آینده را تعیین کند.

وقتی که ماه در مدار خود در حال گردش است، مدارگرد شناسایی ماه دور آن می ‎چرخد و با عکس ‌برداری از سطح ماه اطلاعات جمع آوری می‎کند (ناسا).

 

 

 

 

نمای نزدیک مدول لایت پیک که با نور لیزر به تصویر اضافه شده است. نور مادون قرمز واقعی برای چشم نامریی است (اینتل).

 

 

 

 

 

سپتامبر ۲۰۰۹: کنگره توسعه دهندگان اینتل اعلام کرد لیزرها آماده ورود به کامپیوترهای خانگی توسط تکنولوژی لایت پیک[۳۹] فیبر نوری هستند. لایت پیک شامل لیزر گسیل از سطح با کاواک عمودی[۴۰] (VCSELs) است. این لیزر می تواند در هرثانیه ۱۰ بیلیون بیت اطلاعات بگیرد و یا ارسال کند. این به این معنی است که می تواند کل کتابخانه کنگره را در ۱۷ دقیقه منتقل کند.

دسامبر ۲۰۰۹: پیش ‌بینی های تحلیلی صنعت بیانگر این است که بازار لیزر در سطح جهانی در سال ۲۰۱۰ حدود ۱۱ درصد رشد داشته و درآمد کل آن ۵٫۹ میلیارد دلار خواهد بود.

 

در این تصویر  یک محفظه کوچک هدف شبیه سازی شده که پرتوهای لیزر را که از طریق سوراخ ها در هر دو طرف کپسول تابش وارد شده اند نشان داده است. پرتوها فشرده شده و هدف را به شرایط لازم برای همجوشی هسته ای هدایت می کنند. آزمایش های احتراق در تأسیسات ملی احتراق حاصل بیش از ۳۰ سال تحقیق و توسعه همجوشی محصورسازی لختی است. این فناوری باعث گشودن دریچه های تازه برای کشف حوزه هایی از فیزیک است که قبلاً غیرقابل دسترسی بوده اند. با استناد به LLC National Security LLC لورنس لیورمور، آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور و وزارت انرژی ایالات متحده که تحت نظارت آن ها این کار انجام شده است.

ژانویه ۲۰۱۰: اداره امنیت ملی اعلام می کند که تأسیسات احتراق ملی یک تراز تاریخی از انرژی لیزر (بیش از ۱ مگاوات) را در یک میلیاردم ثانیه به یک هدف با موفقیت انتقال داده است و شرایط راه اندازی هدف مورد نیاز برای دستیابی به احتراق همجوشی، پروژه ای که برای تابستان ۲۰۱۰ برنامه ریزی شده، ارائه شده است. قله توان نور لیزر حدود ۵۰۰ بار بیشتر از هر لیزری است که در هر زمانی در ایالات ‌متحده استفاده شده است.

 

 

این شکل یک کاواک نوری با ظرافت زیاد است. این کاواک متشکل از دو تله آینه ای است و فوتون های منتشر شده توسط یون را در یک مد خاص جمع می کند. یون به وسیله یک لیزر خارجی به طور چرخشی برانگیخته می شود و در هر مرحله یک فوتون به مد کاواک اضافه می شود که باعث تقویت نور می گردد (دانشگاه اینسبروک-پیت اشمیت).

 

 

 

 

 

۳۱ مارس ۲۰۱۰: رینر بلات[۴۱]، پیت اشمیت[۴۲] و تیم آنها در دانشگاه اینسبروک در اتریش یک لیزر تک اتمی[۴۳] را با در نظر گرفتن رفتار آستانه و بدون آن توسط تنظیم نیروی جفت ‌شدگی میدان اتم و نور نشان می دهند.

مقاله ای در شماره ۱۵ ژوئیه مجله Applied Physics گزارش داد که فیزیکدانان آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور از پالس های لیزر فوق سریع برای بررسی ویژگی های اصلی مواد استفاده کردند. محققان با استفاده از پالس های لیزر، امواج شوک را در یک سلول سندانی الماس[۴۴] ایجاد کردند که فشار را در آرگون و سایر گازها تا ۲۸۰،۰۰۰ اتمسفر بالا می برد.

پژوهشگران ماده تحت فشار شدید را مورد مطالعه قرار دادند برای این‌ کار از لیزر برای ایجاد شوک بر ماده ای که در سلول سندانی الماس قرار داشت بهره بردند آزمایشگاه ملی لارنس لیوِرمور.

آنچه در این دو مقاله خواندید مختصری بود از آنچه لیزر، تا ۵۰ سالگی برای دانش و فناوری جهان به ارمغان آورده است؛ گوشه ای از انبوه تحقیقات، فعالیت ها و خدمات لیزر که تا سال ۲۰۱۰ ارائه شده است. در ده سال بعد از این نیز تحولاتی شگرف در این حوزه ظهور پیدا کرد که در بخش بعد به آن خواهیم پرداخت.

 

 

منبع

https://www.photonics.com/Articles/A_History_of_the_Laser_1960_-_2019/a42279

[۱] Izuo Hayashi

[۲] Morton B. Panish

[۳] Charles H. Henry

[۴] Quantum-Well Laser

[۵] Holonyak

[۶] University of Illinois at Urbana-Champaign

[۷] Wrigley

[۸] Metuchen, N. J.

[۹] Jan P. Van der Ziel

[۱۰] R. Dingle, Robert C. Miller, William Wiegmann and W.A. Nordland Jr.

[۱۱] John M. J. Madey

[۱۲] Free-Electron Laser: FEL

[۱۳] Peter F. Moulton

[۱۴] Steven Chu

[۱۵] Optical Molasses

[۱۶] Claude N. Cohen-Tannoudji

[۱۷] William D. Phillips

[۱۸] David Payne

[۱۹] Quantum Cascade: QC

[۲۰] Jérôme Faist

[۲۱] Molecular Beam Epitaxy

[۲۲] Quantum Dot Laser

[۲۳] Nikolai N. Ledentsov

[۲۴] A.F. Ioffe

[۲۵] Aiery Beam

[۲۶] Wolfgang Ketterle

[۲۷] Shuji Nakamura, Steven P. DenBaars, James S. Speck

[۲۸] The international inertial confinement fusion community :ICF

[۲۹] LLNL

[۳۰] OMEGA

[۳۱] Ozdal Boyraz

[۳۲] John Bowers

[۳۳] Mario Paniccia

[۳۴] Brian Koch

[۳۵] Chunlei Guo

[۳۶] National Ignition Facility: NIF

[۳۷] Hohlraum

[۳۸] Lunar Reconnaissance Orbiter: LRO

[۳۹] Light Peak

[۴۰] Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers

[۴۱] Rainer Blatt

[۴۲] Piet O. Schmidt

[۴۳] Single-Atom Laser

[۴۴] Diamond Anvil Cell: (DAC) وسیله ای که در آزمایشگاه ها برای ایجاد فشار روی مواد استفاده می شود و قابلیت ایجاد فشار در حد چند صد گیگا پاسکال را دارد.