Diciptakan lebih dari 60 tahun yang lalu, laser semikonduktor adalah dasar dari banyak teknologi saat ini, termasuk pemindai barcode, komunikasi serat optik, pencitraan medis, dan kendali jarak jauh.
Kemungkinan teknologi laser mengejutkan komunitas ilmiah pada tahun 1960 ketika laser long-teoretis ditunjukkan untuk pertama kalinya. Tiga pusat penelitian AS memulai perlombaan untuk mengembangkan versi semikonduktor pertama dari teknologi tanpa menyadarinya. Tiga perusahaan jenderal listrik, Pusat Penelitian Thomas J. Watson IBM, dan Laboratorium MIT-Eshoratory melaporkan demonstrasi pertama laser semikonduktor dalam beberapa hari satu sama lain pada tahun 1962.
Laser semikonduktor ditetapkan sebagai tonggak IEEE dalam tiga upacara, dengan plakat peringatan yang dipasang untuk setiap perangkat.
Penemuan laser memicu balapan tiga arah
Konsep inti laser berasal dari tahun 1917, ketika Albert Einstein mengusulkan teori "emisi yang distimulasi." Para ilmuwan sudah tahu bahwa elektron dapat secara spontan menyerap dan memancarkan cahaya, tetapi Einstein berpikir mereka dapat dimanipulasi untuk dipancarkan pada panjang gelombang tertentu. Butuh insinyur puluhan tahun untuk mengubah teorinya menjadi kenyataan.
Pada akhir 1940 -an, fisikawan bekerja untuk meningkatkan desain tabung vakum yang digunakan oleh militer AS dalam Perang Dunia II untuk mendeteksi pesawat musuh dengan memperkuat sinyal. Salah satunya adalah Charles Townes, seorang peneliti di Bell Labs di Murray Hill, New Jersey. Dia mengusulkan membangun amplifier yang lebih kuat dengan melewati balok gelombang elektromagnetik melalui rongga yang mengandung molekul gas. Gelombang akan merangsang atom dalam gas untuk melepaskan energi pada kecepatan yang persis sama dengan gelombang, menghasilkan energi yang akan menyebabkannya meninggalkan rongga sebagai balok yang lebih kuat.
Pada tahun 1954, Townes, yang saat itu seorang profesor fisika di Universitas Columbia, menemukan perangkat yang disebutnya "Maser" (kependekan dari amplifikasi emisi radiasi yang distimulasi). Ternyata menjadi pendahulu penting bagi laser.
Banyak ahli teori mengatakan kepada Townes, perangkatnya tidak akan pernah berhasil, menurut sebuah artikel yang diterbitkan oleh American Physical Society. Setelah berhasil, peneliti lain dengan cepat menyalinnya dan mulai menciptakan variasi, kata artikel itu.
Townes dan insinyur lain berpikir mereka dapat membuat versi optik dari maser yang dapat menghasilkan sinar cahaya dengan memanfaatkan energi frekuensi tinggi. Perangkat seperti itu mungkin menghasilkan balok yang lebih kuat daripada gelombang mikro, tetapi juga akan menghasilkan balok cahaya pada berbagai panjang gelombang, dari inframerah ke cahaya yang terlihat. Pada tahun 1958, Townes menerbitkan tinjauan teoritis "laser."
"Sungguh menakjubkan bahwa ketiga organisasi di timur laut Amerika Serikat 62 tahun yang lalu memberi kami semua kemampuan ini sekarang dan di masa depan."
Beberapa tim bekerja bersama untuk membangun perangkat, dan pada Mei 1960, Theodore Maiman, seorang peneliti di Hughes Research Laboratory di Malibu, California, membangun laser kerja pertama. Tiga bulan kemudian, Maiman menerbitkan sebuah makalah di jurnal Nature yang menggambarkan penemuan ini, lampu bertenaga tinggi yang menyinari cahaya ke batang ruby yang ditempatkan di antara dua permukaan perak seperti cermin. Cahaya yang diproduksi oleh fluoresensi ruby berosilasi di rongga optik yang dibentuk oleh permukaan menyadari emisi terstimulasi Einstein.
Laser dasar sekarang menjadi kenyataan. Insinyur dengan cepat mulai merancang berbagai model.
Banyak yang mungkin paling bersemangat tentang potensi laser semikonduktor. Bahan semikonduktor dapat dimanipulasi untuk menghantarkan listrik dalam kondisi yang tepat. Pada dasarnya, laser yang terbuat dari bahan semikonduktor dapat sesuai dengan semua komponen yang dibutuhkan untuk sumber cahaya laser dan amplifier, lensa dan perangkat mikrometer mikrometer-into.
"Sifat -sifat yang diinginkan ini menangkap imajinasi para ilmuwan dan insinyur di seluruh disiplin ilmu," menurut Wikipedia, sejarah teknik dan teknologi.
Pada tahun 1962, sepasang peneliti menemukan bahwa bahan yang ada adalah semikonduktor laser yang sangat baik: Gallium arsenide.
Gallium arsenide adalah bahan yang ideal untuk laser semikonduktor
Pada tanggal 9 Juli 1962, peneliti laboratorium MIT Lincoln Robert Keyes dan Theodore Quist mengumumkan di hadapan audiensi di Konferensi Penelitian Perangkat Solid-State bahwa mereka sedang mengembangkan laser semikonduktor eksperimental, sesama IEEE Paul W. Juodawlkis mengatakan dalam pidato di tonggak IEEEE IEEEE IEEEE IEEEE. Upacara pembukaan di MIT. Juodawlkis adalah Direktur Informasi Kuantum dan Kelompok Nanosystems Terpadu di MIT Lincoln Laboratory.
Laser pada saat itu belum dapat memancarkan balok yang koheren, tetapi pekerjaan itu berkembang dengan cepat, kata Juodawlkis. Juodawlkis dan Quist kemudian mengejutkan penonton: mereka dapat menunjukkan, kata mereka, bahwa hampir 100 persen energi listrik yang disuntikkan ke semikonduktor gallium arsenide dapat dikonversi menjadi cahaya.
Tidak ada yang pernah membuat klaim seperti itu sebelumnya. Penonton tidak percaya, dan ketidakpercayaan mereka dibagikan.
"Di akhir pembicaraan Juodawlkis, seorang anggota audiensi berdiri dan berkata, 'Yah, ini melanggar hukum kedua termodinamika,'" kata Juodawlkis.
Penonton meletus dengan tawa. Tetapi fisikawan Robert N. Hall, seorang ahli semikonduktor di General Electric Research Laboratories di Schenectady, New York, membungkam mereka.
"Bob Hall keluar dan menjelaskan mengapa itu tidak melanggar hukum kedua," kata Juodawlkis. "Itu sensasi."
Beberapa tim berpacu untuk mengembangkan laser semikonduktor yang berfungsi, dan pemenangnya datang dalam beberapa hari.
Laser semikonduktor terbuat dari kristal semikonduktor kecil yang tersusun dalam wadah kaca yang diisi dengan nitrogen cair, yang membantu menjaga perangkat tetap dingin.
Hall kembali ke GE dan, terinspirasi oleh presentasi Juodawlkis dan Quist, menjadi yakin bahwa ia dapat memimpin tim untuk menciptakan laser gallium arsenide yang efisien dan efektif. Dia sudah menghabiskan bertahun-tahun bekerja dengan semikonduktor, menciptakan penyearah dioda "pin" yang disebut.
Penyearah, yang menggunakan kristal yang terbuat dari germanium murni, bahan semikonduktor, dapat mengonversi arus bolak-balik untuk mengarahkan arus-pengembangan kunci dalam semikonduktor solid-state untuk transmisi daya.
Pengalaman ini mempercepat pengembangan laser semikonduktor. Hall dan timnya menggunakan perangkat yang mirip dengan penyearah "pin". Mereka membangun laser dioda yang menghasilkan cahaya koheren dari kristal gallium arsenide sepertiga dari satu milimeter dalam ukuran, diapit di rongga di antara dua cermin sehingga cahaya memantul bolak-balik berulang kali. Berita penemuan ini diterbitkan dalam edisi 1 November 1962 dari surat -surat peninjauan fisik.
Ketika Hall dan timnya bekerja, begitu pula para peneliti di Watson Research Center di Yorktown Heights, New York. Menurut ETHW, pada bulan Februari 1962, Marshall I. Nathan, seorang peneliti IBM yang sebelumnya bekerja di Gallium Arsenide, menerima tugas dari kepala departemennya: untuk membangun laser gallium arsenide pertama.
Nathan memimpin tim peneliti yang termasuk William P. Dumke, Gerald Burns, Frederick H. Diehl dan Gordon Rascher dalam mengembangkan laser. Mereka menyelesaikan tugas pada bulan Oktober dan menyerahkan sebuah makalah yang menguraikan karya mereka kepada Applied Physics Letters, yang menerbitkannya pada 4 Oktober 1962.
Di Laboratorium Lincoln MIT, Quist, Juodawlkis, dan kolega mereka Robert Reddick melaporkan hasilnya pada 5 November 1962, edisi Letters Fisika Terapan.
Semuanya terjadi begitu cepat sehingga sebuah artikel New York Times mengagumi "kebetulan yang mencengangkan," mencatat bahwa pejabat IBM tidak tahu tentang keberhasilan GE sampai GE mengirimkan undangan ke konferensi pers.
Ketiga organisasi sekarang telah dihormati oleh IEEE untuk pekerjaan mereka. "Mungkin laser semikonduktor memiliki dampak terbesar di bidang komunikasi," tulis sebuah artikel ETHW. "Setiap detik, laser semikonduktor diam -diam menyandikan jumlah pengetahuan manusia menjadi cahaya, memungkinkannya untuk dibagikan hampir secara instan di seluruh lautan dan ruang."
Seorang juru bicara MIT mengatakan kepada The Times bahwa GE telah mencapai keberhasilannya "beberapa hari atau seminggu" di hadapan timnya sendiri. Baik IBM dan GE mengajukan paten AS pada bulan Oktober, dan keduanya akhirnya diberikan.
Pada upacara laboratorium Lincoln, Gioudarkis menunjukkan bahwa setiap kali Anda "melakukan panggilan telepon" atau "video kucing Google konyol," Anda menggunakan laser semikonduktor.
"Jika kita melihat dunia yang lebih luas," katanya, "laser semikonduktor benar -benar salah satu landasan dari era informasi."
Dia mengakhiri pidatonya dengan kutipan dari artikel Majalah Time 1963: "Jika dunia harus memilih antara ribuan program televisi yang berbeda, hanya beberapa dioda dengan balok inframerah kecil mereka yang dapat memilih semuanya secara bersamaan."
Itu adalah "Prescience of Semiconductor Laser," kata Gioudarkis. "Sungguh menakjubkan apa yang dilakukan ketiga organisasi di Timur Laut ini 62 tahun yang lalu untuk memberi kita semua kemampuan ini sekarang dan di masa depan."
General Electric, Watson Research Center, dan Lincoln Laboratory sekarang menampilkan plakat menghormati teknologi. Mereka membaca:
Pada musim gugur 1962, demonstrasi pertama laser semikonduktor dilaporkan oleh General Electric's Schenectady dan Syracuse Plants, Pusat Penelitian Thomas J. Watson IBM, dan Laboratorium Lincoln MIT, masing -masing. Lebih kecil dari sebutir beras, ditenagai oleh injeksi arus searah, dan dengan panjang gelombang mulai dari ultraviolet hingga inframerah, laser semikonduktor ada di mana -mana dalam komunikasi modern, penyimpanan data, dan sistem pengukuran presisi.
