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【48812】揭秘三家竞相开发最广泛运用的激光器

来源:米乐娱乐官网m6手机端下载    发布时间:2024-07-28 00:57:11

  创造于 60 多年前,是当今许多技能的根底,包含条形码扫描仪、光纤通讯、医学成像和长途控制。

  1960 年,激光技能的或许性让科学界为之震动,其时一向处在理论阶段的激光初次被演示。三家美国研讨中心在不知情的情况下开端竞相开发该技能的第一个半导体版别。这三家公司——通用电气、IBM 的托马斯·J·沃森研讨中心和麻省理工学院林肯实验室——在 1962 年短短几天内别离报告了半导体激光的初次演示。

  半导体激光器在三次典礼上被指定为 IEEE 里程碑,每台设备都安装了一块留念牌子。

  激光的中心概念可以追溯到 1917 年,其时阿尔伯特·爱因斯坦提出了「受激发射」理论。科学家现已知道电子可以自发吸收和发射光,但爱因斯坦以为可以操作电子以特定波长发射。工程师们花了几十年的时刻才将他的理论变成实际。

  20 世纪 40 年代末,物理学家们致力于改善美国军方在二战中运用的真空管规划,该真空管经过扩大信号来勘探敌机。新泽西州默里山贝尔实验室的研讨员查尔斯·汤斯便是这里边之一。他提议制作一个更强壮的扩大器,让一束电磁波穿过一个含有气体分子的腔体。这束电磁波将影响气体中的原子开释能量,使其与电磁波的波速完全一致,发生的能量使其以更强壮的光束方式脱离腔体。

  1954 年,时任哥伦比亚大学物理学教授的汤斯创造晰一种设备,他称之为「微波激射器」(微波激射是受激辐射扩大的缩写)。事实上,它是激光的重要前驱。

  据美国物理学会宣告的一篇文章称,许多理论家都告知汤斯,他的设备不或许成功。文章称,一旦它成功,其他研讨人员就会敏捷仿制它,并开端创造各种变体。

  汤斯和其他工程师以为,经过运用高频能量,他们可以制作出一种能发生光束的光学版微波激射器。这种设备或许会发生比微波更强壮的光束,但它也能发生各种波长的光束,从红外线 年,汤斯宣告了「激光」的理论概述。

  「令人惊讶的是,62 年前美国东北部的这三个安排为咱们现在和将来供给了一切这些才能。」

  几个团队协作制作了这种设备,1960 年 5 月,加利福尼亚州马里布休斯研讨实验室的研讨员西奥多·梅曼制作出了第一台可以作业的激光器。三个月后,梅曼在《天然》杂志上宣告了一篇论文,文中描绘了这项创造,它是一种高功率灯,可将光线照射到放置在两个镜面般的镀银外表之间的红宝石棒上。由标明发生的光学腔振动红宝石荧光发生的光,完成了爱因斯坦的受激发射。

  许多人或许对半导体激光器的潜力最为振奋。半导体资料可以在恰当的条件下进行控制以导电。从本质上讲,由半导体资料制作成的激光器可以将激光器所需的一切元件(光源和扩大器、透镜和镜子)装入微米级设备中。

  据工程和技能史介绍,「这些抱负的特点招引了跨学科科学家和工程师的想象力」。

  1962 年,一对研讨人员发现一种现有资料是一种优异的激光半导体:砷化镓。

  1962 年 7 月 9 日,麻省理工学院林肯实验室的研讨人员 Robert Keyes 和 Theodore Quist 在固态器材研讨会议的观众面前宣告,他们正在开发一种实验性半导体激光器,IEEE 院士 Paul W. Juodawlkis 在麻省理工学院举办的 IEEE 里程碑揭幕典礼上宣告讲演时说道。Juodawlkis 是麻省理工学院林肯实验室量子信息与集成纳米体系小组的主任。

  Juodawlkis 说,其时的激光器还不能发射出相干光束,但这项作业进展很快。Juodawlkis 和奎斯特随后震动了观众:他们说,他们可以证明,注入砷化镓半导体的电能简直 100% 可以转化为光。

  「当 Juodawlkis 讲演结束时,一位观众站起来说,『呃,这违背了热力学第二规律,』」朱奥达尔基斯说。

  观众爆宣布笑声。但物理学家罗伯特·N·霍尔(Robert N. Hall)——纽约州斯克内克塔迪通用电气研讨实验室的半导体专家——让他们安静了下来。

  「鲍勃·霍尔站出来解说了为什么它不违背第二规律,」朱奥达尔基斯说。「这引起了颤动。」

  半导体激光器由细小的半导体晶体制成,该晶体悬浮在充溢液氮的玻璃容器内,这有助于坚持设备冷却。

  霍尔回到通用电气公司,遭到 Juodawlkis 和奎斯特讲演的启示,坚信他可以带领一个团队制作出高效、有用的砷化镓激光器。

  他现已花了数年时刻研讨半导体,创造晰所谓的「pin」二极管整流器。该整流器运用由半导体资料纯洁的锗制成的晶体,可以将交流电转换为直流电——这是用于电力传输的固态半导体的一个要害开展。

  这一经历加快了半导体激光器的开展。霍尔和他的团队运用了与「pin」整流器相似的设备。他们制作了一种二极管激光器,它从三分之一毫米巨细的砷化镓晶体中发生相干光,该晶体夹在两个镜子之间的腔体中,因而光会重复来回反射。这项创造的音讯宣告在 1962 年 11 月 1 日的《物理谈论快报》上。

  当霍尔和他的团队作业时,坐落纽约州约克敦高地的沃森研讨中心的研讨人员也在作业。依据 ETHW 的说法,1962 年 2 月,之前从事砷化镓研讨的 IBM 研讨员马歇尔·I·内森(Marshall I. Nathan)从其部分主管那里得到了一项使命:制作第一台砷化镓激光器。

  内森带领一支研讨小组,这中心还包含威廉·P·杜姆克、杰拉尔德·伯恩斯、弗雷德里克·H·迪尔和戈登·拉舍尔,共同开发了这种激光器。他们在 10 月完成了这项使命,并亲手将一份概述其作业的论文交给了《使用物理快报》,该报于 1962 年 10 月 4 日宣告了该论文。

  在麻省理工学院林肯实验室,奎斯特、Juodawlkis 和他们的搭档罗伯特·雷迪克在 1962 年 11 月 5 日的《使用物理快报》。

  这一切发生得太快了,以至于《》的一篇文章对这一「惊人的偶然」表明惊叹,并指出 IBM 的官员直到 GE 宣布新闻发布会约请后才知道 GE 的成功。麻省理工学院的一位发言人告知《》,GE 比自己的团队「早了几天或一周」就取得了成功。

  IBM 和 GE 均于 10 月份申请了美国专利,而且终究均获得了同意。

  「或许半导体激光器在通讯范畴的影响力最大」,ETHW 的一篇文章写道,「每一秒,半导体激光器都会悄悄地将人类的常识总和编码成光,使其可以简直瞬间跨过海洋和太空进行同享。」

  IBM Research 的半导体激光器选用砷化镓 pn 二极管,该二极管选用蚀刻台面结构制成小型光学腔。

  朱奥达尔基斯在林肯实验室的典礼上指出,每次你「打电话」或「用谷歌查找傻猫视频」时都会用到半导体激光器。

  「假如咱们放眼更宽广的国际,」他说,「半导体激光器确实是信息年代的柱石之一。」

  他在讲演结束时引用了 1963 年《年代》杂志的一篇文章:「假如全国际要在数千个不同的电视节目之间做出挑选,那么只需几个二极管用其弱小的红外光束就可以一起挑选一切节目。」

  朱奥达尔基斯说,这是「半导体激光器的先见之明」。「62 年前,美国东北部的这三个安排所做的一切,为咱们现在和未来供给了一切这些才能,真是令人惊叹。」

  现在,通用电气公司、沃森研讨中心和林肯实验室都展现了赞誉该技能的留念牌子。上面写着:

  1962 年秋,通用电气的斯克内克塔迪和锡拉丘兹工厂、IBM 托马斯·沃森研讨中心和麻省理工学院林肯实验室别离报告了半导体激光器的初次演示。半导体激光器比米粒还小,选用直流注入供电,波长规模从紫外线到红外线,在现代通讯、数据存储和精细丈量体系中无处不在。

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