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Laser oder Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung, um ihm seinen vollen Namen zu geben, hat seit seiner Entwicklung in den 1960er Jahren einen langen Weg zurückgelegt. Heute Lasertechnologie ist in unserer modernen Welt mit Anwendungen von allgegenwärtig medizinische Verwendung , Telekommunikation und sogar Waffensysteme . Im folgenden Artikel werden wir einen kurzen Überblick über die wichtigsten Ereignisse geben, die zur Entwicklung des Lasers geführt haben, und einen Blick auf zukünftige Anwendungen in der Entwicklung werfen.
Laser . Es folgt eine Liste ausgewählter Meilensteine in der faszinierenden und aufregenden Entwicklung von
Lasertechnologie . Diese Liste ist alles andere als vollständig und in chronologischer Reihenfolge. 1. Max Planck macht alles fertig
Die Bedeutung der Laserinnovation oder des Meilensteins :
Max Planck , in 1900 leitete die Beziehung zwischen Energie und Strahlungsfrequenz ab. Er postulierte als erster, dass Energie in diskreten Stücken oder Quanten emittiert oder absorbiert werden könnte. Dies war eine Wasserscheide in der Physik.
Jahr der Entdeckung / Entwicklung :
1900 Ingenieur oder Wissenschaftler hinter dem Projekt :
Max Planck Beschreibung des Meilensteins :
Obwohl Plancks Theorie an sich bahnbrechend war, hatte sie einen sehr wichtigen Effekt. Plancks Einsicht würde einen der einflussreichsten Wissenschaftler unserer Zeit inspirieren - Albert Einstein. Einstein würde auf Plancks Theorie aufbauen, um seine Arbeit über die
fotoelektrischer Effekt . Er schlug vor, dass Licht auch Energie in Stücken oder diskreten Quantenteilchen liefert, die Photonen genannt werden. Der Grundstein für die Entwicklung von Lasern wurde gelegt.
2. Einsteins Konzept und Theorie der stimulierten Lichtemission
Die Bedeutung der Laserinnovation oder des Meilensteins :
Einsteins Theorie würde den Weg für die spätere Entwicklung der ersten praktischen Laser ebnen. Jahr der Entdeckung / Entwicklung :
1916-1917 Ingenieur oder Wissenschaftler hinter dem Projekt :
Albert Einstein Werbung
Albert theoretisierte zuerst über die Stimulation der Lichtemission vor langer Zeit 1917 . In seiner Arbeit, Zur Quantentheorie der Strahlung Zur Quantentheorie der Strahlung er hat seine Gedanken zu diesem Thema aufgezeichnet. Er benutzte
Plancksches Strahlungsgesetz zur Beschreibung von Wahrscheinlichkeitskoeffizienten Einstein-Koeffizienten für Absorption und spontane und stimulierte Emission von EM-Strahlung, einschließlich Licht. Seine Theorie schlug vor, dass Elektronen dazu angeregt werden könnten, Licht einer bestimmten Wellenlänge zu emittieren. Dies würde das Grundprinzip aller heute verwendeten Laser werden. Es würde weitere etwa 40 Jahre dauern, bis Wissenschaftler ihm Recht geben könnten.
3. Die Erfindung der Holographie
Die Bedeutung der Laserinnovation oder des Meilensteins :
Die Erforschung der Holographie wurde bis zur Entwicklung von Lasern in den 1960er Jahren eingestellt. Dies würde zum Teil die Entwicklung beider Technologien danach stimulieren. Werbung
Jahr der Entdeckung / Entwicklung :
1948 Ingenieur oder Wissenschaftler hinter dem Projekt :
Dennis Gabor Beschreibung des Meilensteins :
Dennis Gabor, ein in Ungarn geborener Wissenschaftler erhielt für seine Erfindung in den Nobelpreis für Physik1971 . Er versuchte, die Auflösung von Elektronenmikroskopen zu verbessern, indem er Hologramme mit dem Elektronenstrahl erstellte und diese dann mit kohärentem Licht untersuchte. Zum Zeitpunkt der Entdeckung hatte es bis zum wenig oder gar keinen praktischen Nutzen. Entwicklung von Lasern
in den 1960er Jahren. Dies würde plötzlich zu einer Explosion bei der Verwendung von Hologrammen in den Vereinigten Staaten führen. Werbung Heute hat diese Explosion zu einer enormen Industrie geführt, die HUDs umfasst. Museumsdisplays, VR, medizinische Anwendungen und Solarpaneleffizienz.
Tiia Monto / Wikimedia Commons
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Die Bedeutung der Laserinnovation oder des Meilensteins : Mikrowellenverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission oder MASER war die erste praktische Demonstration von Einsteins Prinzipien und verwendete Mikrowellenstrahlung anstelle von Licht in Lasern.
Jahr der Entdeckung / Entwicklung : 1954
Ingenieur oder Wissenschaftler hinter dem Projekt : Charles Hard Townes,
Arthur Schawlow, James P. Gordon, Herbert J. Zeiger Beschreibung des Meilensteins : MASER
s sind Geräte, die EM-Strahlung im Mikrowellenteil des EM-Spektrums erzeugen und verstärken. In 1954
Townes und seine Forschungskollegen konnten den ersten MASER an der Columbia University demonstrieren. Ihr Ammoniak-MASER würde als erstes Gerät in die Geschichte eingehen, um Einsteins Vorhersage von zu demonstrieren. 1917 . Werbung Es würde erfolgreich die erste Verstärkung und Erzeugung von EM-Strahlung durch stimulierte Emission erhalten.
1 cm und erzeugt ungefähr 10 nW Leistung. In März 1959
Städte und Schawlow waren Patent erteilt für ihre Erfindung. Die MASER-Technologie wird weiterhin zur Verstärkung von Funksignalen und als hochempfindlicher Detektor verwendet. Quelle :
Dan Rubin / Wikimedia Commons
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Moderne Laser sind stark auf die Pumpmethode angewiesen, um Lichtquellen zu stimulieren und zu verstärken.
Es wurde zuerst von Nikolai Basov in entwickelt 1955
am Physikalischen Institut PN Lebedev in Moskau. Während er nach Wegen suchte, Elektronen um Atome in Zustände höherer Energie zu bewegen und Oszillatoren zu erforschen, stieß er auf das Konzept der negativen Absorption, das allgemein als Pumpmethode bezeichnet wird. Werbung Dies beinhaltet die Übertragung von Energie von einer externen Quelle in ein Verstärkungsmedium innerhalb der Laserbaugruppe.
1955
Ingenieur oder Wissenschaftler hinter dem Projekt : Nikolai G. Basov
Beschreibung des Meilensteins : Basovs Erfindung würde das Mittel zur Aufrechterhaltung eines kontinuierlichen Laserstrahls bereitstellen. Sie würde ein Mittel zur Aufrechterhaltung des erforderlichen Strahlens bereitstellen.
Populationsinversion des Lasermediums durch "Pumpen" von Elektronen in einen metastabilen Zustand, der zur Freisetzung von Photonen erforderlich ist. Nikolai und Charles H. Townes wurden gemeinsam ausgezeichnet mit Nobelpreis 1964
für Physik für die gemeinsame Arbeit an der Entwicklung des MASER. Quelle : Molendijk, Bart / Anefo / Wikimedia Commons
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Ein Doktorand der Columbia University, Gordon Gould, schreibt die erste aufgezeichnete Verwendung des Begriffs Laser in sein Notizbuch. Er notierte auch seine Ideen zum tatsächlichen Bau eines Lasers und hat die Voraussicht, ihn in einem örtlichen Geschäft notariell beglaubigen zu lassenin der Bronx.
Werbung Nicht lange nachdem er die Universität verlassen hat, um sich dem privaten Forschungsunternehmen TRG Technical Research Group anzuschließen.
1957
Ingenieur oder Wissenschaftler hinter dem Projekt : Gordon Gould
Beschreibung des Meilensteins : Gordons Notizbuch war das erste Mal, dass das Akronym Laser verwendet wurde, stellte jedoch auch einige grundlegende Konzepte für die Erstellung eines solchen fest. Dieses Notizbuch wurde zum Schwerpunkt von a
30 Jahre Gerichtsstreit für die Patentrechte an der Technologie. Gould besprach seine Ideen mit i-ter Physiker
Charles Townes der ihm geraten hat, seine Gedanken aufzuschreiben und notariell beglaubigen zu lassen, was er auch tat. Gould hatte den Eindruck, dass er vor der Patentanmeldung ein funktionierendes Modell haben sollte, und wurde von Townes und Physiker geschlagen Arthur Schawlow der einen ähnlichen Antrag gestellt hatte, was bedeutet, dass sein eventueller Antrag abgelehnt wurde. Städte und Schawlow wurden ausgezeichnet US-Patentnummer
r 2.929.922 im März 1960 während sie bei Bell Labs für ihren "Optical MASER" arbeiteten. Gould würde endlich seinen Fall gewinnen1977 erhält das erste Patent für einen Laser. Quelle : Eliphaletnott / Wikimedia Commons 7. Der erste praktische Laser ist patentiert
Theodore, Physiker an den Hughes Research Laboratories in Malibu, Kalifornien, baute den ersten Laser mit einem Zylinder aus mand-made Rubin
1 cm Durchmesser und 2 cm Länge . Jedes Ende wurde mit Silber beschichtet, um sie reflektierend zu machen und ihnen zu helfen, als
Fabry-Perot-Resonator . Sein Gerät verwendete fotografische Taschenlampen für die Pumpquelle des Lasers. Jahr der Entdeckung / Entwicklung : 1960
Ingenieur oder Wissenschaftler hinter dem Projekt :
Theodore H. Maiman Beschreibung des Meilensteins :
Nach einiger Zeit in der Marine Theodore
erwarb seinen B.Sc. in technischer Physik an der University of Colorado und später seinen M.Sc. in Elektrotechnik und seinen Ph.D. in Physik an der Stanford University. Er arbeitete später am Hughes Atomic Physics Department in Kalifornien als Leiter des Ruby MASER-Projekts. Nachdem er es im Sommer erfolgreich abgeschlossen hatte. 1959 er wandte seine Aufmerksamkeit der Entwicklung eines Lasers zu.
Nachdem er erfolgreich einen funktionierenden Laser gebaut hatte, ließ er seine Erfolge in Nature in veröffentlichen. 1960 und gründete anschließend die Korad Corporation, um leistungsstarke Lasergeräte zu entwickeln und zu bauen.
Dieses Unternehmen wurde Marktführer und lieferte 1969 seine Ausrüstung als Mondlaser-Entfernungsmessgerät. Quelle : Daderot / Wikimedia Commons
8. Erster Dauerlichtlaser wird entwickelt
He-Ne Laser
war der erste Laser, der einen kontinuierlichen Lichtstrahl erzeugte 1,15 um . Dieser Laser würde viele Anwendungen in der Telekommunikation, Internet-Datenübertragung, Holographie, Barcode-Scannern, medizinischen Geräten und vielem mehr finden. Jahr der Entdeckung / Entwicklung : 1960
Ingenieur oder Wissenschaftler hinter dem Projekt :
Ali Javan, William Bennett Junior und Donald Herriott Beschreibung des Meilensteins :
Während seiner Arbeit bei Bell Laboratories verbrachten er und seine Kollegen William Bennet und Donald Herriott zwei Jahre damit, die neue Form des Lasers - Ne-He - zu entwickeln. „Der erste Laser, der Rubinlaser von Ted Maiman, verwendete optisches Pumpen, um die Populationsinversion zu erzeugen, die erforderlich ist, um eine dauerhafte Leistung zu erzielen.“
Irving Herman Ein Doktorand unter Javan würde es später erklären.
„Zu dieser Zeit war dies schwierig und nicht für alle Systeme anwendbar. Javan konnte sehen, wie eine Populationsinversion in einer Gasentladung durch selektiven resonanten Energietransfer erzeugt werden kann. Dies war der Schlüssel zu seiner Erfindung des ersten Gaslasers, der He-Ne-Laser, der auch der erste Dauerstrichlaser war. “ 9. Laser werden zum ersten Mal zur medizinischen Behandlung verwendet Die Bedeutung der Laserinnovation oder des Meilensteins :
Dies war das erste Mal, dass Lasertechnologie zur Behandlung eines menschlichen Patienten eingesetzt wurde. Dies würde den Weg für eine Explosion zukünftiger Innovationen in der Lasertechnologie für den Einsatz in der Chirurgie und in der medizinischen Behandlung ebnen.
Jahr der Entdeckung / Entwicklung :
1961 Ingenieur oder Wissenschaftler hinter dem Projekt :
Dr. Charles J. Campbell und Charles J. Koester
Beschreibung des Meilensteins : Dr. Charles J. Campbell vom Institut für Augenheilkunde am Columbia-Presbyterian Medical Center und Charles J. Koester von der American Optical Co. am Columbia-Presbyterian Hospital in Manhattan. Die Behandlung verwendet eine
Amerikanischer optischer Rubinlaser um einen Netzhauttumor zu zerstören. Dieser Tumor, ein
Angiom wurde mit einem einzigen Impuls zerstört, der eine Tausendstelsekunde dauerte. Das Verfahren war unglaublich schnell und für den Patienten wesentlich komfortabler im Vergleich zur herkömmlichen Behandlung mit 1.000 Watt Xenon-Bogenlampen der Zeit.
In den kommenden Jahren die Rubinlaser wurde in verschiedenen medizinischen Behandlungen verwendet.
Quelle : Mcgill Mcgill / Wikimedia Commons 10. Der Festkörperlaser Halbleiterinjektionslaser ist geboren
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Jahr der Entdeckung / Entwicklung :
1962 Ingenieur oder Wissenschaftler hinter dem Projekt :
Robert Noel Hall Beschreibung des Meilensteins :
Halle wurde von den Nachrichten in den frühen 1960er Jahren über die Entwicklung des ersten Lasers von Theodore H. Maiman inspiriert
et al. um zu versuchen, das Design zu vereinfachen und stabiler zu machen. Er beschloss, auf bestehende Pumpmodelle zu verzichten und sich auf eine Festkörperalternative zu konzentrieren. Robert wurde sich der optischen Eigenschaften von Galliumarsenid-Dioden bewusst und wie sie enorme Mengen an IR-Strahlung emittieren können. Er erkannte sofort das Potenzial dafür und begann mit der Entwicklung seines mittlerweile berühmten Festkörperlasers. Es dauerte nicht lange, Robert
und sein Team bei GE hatte ein Arbeitsmodell, das flüssigen Stickstoff zum Kühlen benötigte und nur im Pulsmodus arbeiten konnte.
Halle arbeitete weiter an GE bis zu seiner Pensionierung. Während seiner geschätzten Karriere sammelte er 43 Patente und 81 Veröffentlichungen.
Quelle : GE 11. Der Kohlendioxidlaser wird entwickelt
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Im Gegensatz zu anderen Lasern sind sie auch mit einem Verhältnis von Leistung zu Pumpleistung von bis zu 20% ziemlich effizient. Diese Laser erzeugen einen IR-Lichtstrahl zwischen
9,4 und 10,6 Mikrometer .
Jahr der Entdeckung / Entwicklung : 1964 Ingenieur oder Wissenschaftler hinter dem Projekt :
Kumar Patel Beschreibung des Meilensteins :
Kumar entwickelte die Kohlendioxidlaser
während der Arbeit bei Bell Labs in 1964. Diese Arten von Laser arbeiten mit Kohlendioxid als primärem Verstärkungsmedium, das auch Helium, Stickstoff, Wasserstoff, Wasser und Xenon enthalten kann. Diese Lasertypen werden durch Gasentladung elektrisch gepumpt. Während des Betriebs werden Stickstoffmoleküle durch die Entladung in einen metastabilen Zustand angeregt, wobei sie diese zusätzliche Energie bei Kollisionen in die Kohlendioxidmoleküle übertragen. Helium wird tendenziell in das Gasgemisch aufgenommen, um den unteren Laserniveau zu entvölkern und als Wärme zu wirkensinken. Andere Bestandteile wie Wasserstoff oder Wasserdampf können insbesondere bei Lasern mit versiegelten Röhren dazu beitragen, Kohlenmonoxid das in der Entladung gebildet wird zu Kohlendioxid zu reoxidieren.
Diese Lasertypen neigen dazu, Strahlen mit a zu erzeugen.
10,6 Mikrometer
Wellenlänge, kann aber zwischen
9 und 11 Mikrometer . Sie weisen im Vergleich zu anderen Gaslasern tendenziell auch höhere Wirkungsgrade bei der Leistungsumwandlung auf und können effizienter sein als lampengepumpte Festkörperlaser. Sie sind jedoch weniger effizient als diodengepumpte Laser. Quelle : Wikimedia Commons
12.
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Der freie Elektronenlaser verwendet Elektronen mit sehr hoher Geschwindigkeit, die sich durch eine magnetische Struktur bewegen, als Lasermedium. Diese Art von Laser ist abstimmbar und hat die breiteste Frequenz aller Lasertechnologien. Jahr der Entdeckung / Entwicklung :1977
Ingenieur oder Wissenschaftler hinter dem Projekt : John Madley / Stanford University
Beschreibung des Meilensteins : Freie Elektronenlaser können Wellenlängen von Mikrowellen bis hin zu Röntgenstrahlen erzeugen. John Madley hat diesen Lasertyp erstmals in entwickelt.
1971 am Gebäude der Stanford University nach der Arbeit von Hans Motz et al., Der in Stanford einen Undulator entwickelt hat
1953 . Diese Arten von Lasern haben viele Arten von Anwendungen, von der Kristallographie und Zellbiologie über die Chirurgie bis hin zur Fettentfernung, und wurden in jüngerer Zeit zur Entwicklung von Raketen gegen Raketen eingesetzt. Quelle : China Crisis / Wikimedia Commons
13. Die Zukunft der Lasertechnologie :
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Festkörper-Wärmekapazitätslaser SSHCL werden derzeit im Lawrence Livermore National Laboratory entwickelt. Es ist geplant, diese Technologie zu verbessern, um eine durchschnittliche Ausgangsleistung von zu erzielen. 100 kW oder mehr
Bei diesem Lasertyp handelt es sich um einen diodengepumpten Festkörperaufbau, der für potenzielle militärische Waffen entwickelt wurde. "Mögliche militärische Anwendungen eines solchen Systems umfassen das Zielen und Zerstören von Kurzstreckenraketen, Lenkflugkörpern, Artillerie- und Mörserfeuer, unbemannten Luftfahrzeugen und improvisierten Sprengkörpern oder IEDs." - Lawrence Livermore National Laboratory. Jahr der Entdeckung / Entwicklung :
ab 2001
Ingenieur oder Wissenschaftler hinter dem Projekt : Lawrence Livermore National Laboratory / US-Armee
Beschreibung des Meilensteins : In
2006, das Labor
konnte 67 Kilowatt Leistungskennzeichnung a erreichen 50% mehr die Weltrekordleistung im Vorjahr erreicht. Dies wurde mit fünf keramischen Neodym-dotierten Yttrium-Aluminium-Granat-Laser-Gain-Medienplatten erreicht. Die ultimative Vision ist eine elektrisch angetriebene Festkörperlaser kann in einem Hybrid-Elektrofahrzeug eingesetzt werden. 14. Die Zukunft der Lasertechnologie: Quantum Computing-Anwendungen
Die Bedeutung der Laserinnovation oder des Meilensteins : Laser könnten die Antwort darauf sein, Computer millionenfach schneller als heute zu machen, indem sie beim Quantencomputing helfen. Bei Verwendung von Laserlichtimpulsen kann ein bisschen zwischen Ein und Aus wechseln.
1 Billiarde Mal pro Sekunde
. Jahr der Entdeckung / Entwicklung :
2017 Ingenieur oder Wissenschaftler hinter dem Projekt : Universität Regensburg, Deutschland
Beschreibung des Meilensteins : Aktuelle Experimente
haben gezeigt, dass die Verwendung von Infrarot-Laserpulsen, die in ein wabenförmiges Gitter aus Wolfram und Selen abgefeuert werden, eine erstaunliche Rechengeschwindigkeit erzeugen kann. "Auf lange Sicht sehen wir eine realistische Chance, Quanteninformationsgeräte einzuführen, die Operationen schneller ausführen als eine einzelne Schwingung einer Lichtwelle", Studienleiter Rupert Huber Professor für Physik an der Universität Regensburg.
in einer Erklärung gesagt . 15. Die Zukunft der Lasertechnologie: Inertial Confinement Fusion
Die Bedeutung der Laserinnovation oder des Meilensteins : Die Verwendung von Hochleistungslasern könnte in Zukunft Inertial Confinement Fusion ICF ermöglichen. Jahr der Entdeckung / Entwicklung :
ab 1962
Ingenieur oder Wissenschaftler hinter dem Projekt : Nationale Zündanlage /
Lawrence Livermore National Laboratory
Beschreibung des Meilensteins : ICF ist eine Art Kernfusionsforschung, die versucht, eine Fusionsreaktion durch Erhitzen und Komprimieren der Brennstoffquelle auszulösen. Dies ist normalerweise ein Pellet aus Deuterium und Tritium. Verteidigung & Militär
Die US-Luftwaffe könnte tödliche Laserwaffen auf ihren zukünftigen Jets haben Die Idee ist, das Pellet zu komprimieren und zu erhitzen, indem Energie auf die äußere Schicht des Ziels geleitet wird. Die meisten Untersuchungen hierzu umfassten bisher die Verwendung von Hochleistungslasern. Die erhitzte äußere Schicht explodiert dann nach außen und erzeugt eine Reaktionskraft gegen den Rest des Ziels, beschleunigt es nach innen und komprimiert das Ziel. Dieser Prozess erzeugt Stoßwellen, die sich durch das Zielpellet nach innen bewegen.
LLNL / Wikimedia Commons
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