60 साल से अधिक समय पहले आविष्कार किया गया था, सेमीकंडक्टर लेजर आज की कई तकनीकों की नींव है, जिसमें बारकोड स्कैनर, फाइबर-ऑप्टिक संचार, चिकित्सा इमेजिंग और रिमोट कंट्रोल शामिल हैं।
लेजर प्रौद्योगिकी की संभावनाओं ने 1960 में वैज्ञानिक समुदाय को चौंका दिया जब पहली बार लंबे समय तक सैद्धांतिक लेजर का प्रदर्शन किया गया था। तीन अमेरिकी अनुसंधान केंद्रों ने इसे जाने बिना प्रौद्योगिकी के पहले अर्धचालक संस्करण को विकसित करने के लिए एक दौड़ शुरू की। तीन कंपनियों-जनरल इलेक्ट्रिक, आईबीएम के थॉमस जे। वाटसन रिसर्च सेंटर, और MIT के लिंकन लेबोरेटरी-एईई ने 1962 में एक दूसरे के कुछ दिनों के भीतर एक अर्धचालक लेजर के पहले प्रदर्शन की सूचना दी।
सेमीकंडक्टर लेजर को तीन समारोहों में एक IEEE मील का पत्थर नामित किया गया था, जिसमें प्रत्येक डिवाइस के लिए एक स्मारक पट्टिका स्थापित की गई थी।
लेजर के आविष्कार ने तीन-तरफ़ा दौड़ को जन्म दिया
लेजर की मुख्य अवधारणा 1917 की है, जब अल्बर्ट आइंस्टीन ने "उत्तेजित उत्सर्जन" के सिद्धांत का प्रस्ताव किया था। वैज्ञानिकों को पहले से ही पता था कि इलेक्ट्रॉन अनायास ही प्रकाश को अवशोषित और उत्सर्जित कर सकते हैं, लेकिन आइंस्टीन ने सोचा कि उन्हें विशिष्ट तरंग दैर्ध्य में उत्सर्जित करने के लिए हेरफेर किया जा सकता है। अपने सिद्धांत को वास्तविकता में बदलने में इंजीनियरों को दशकों लग गए।
1940 के दशक के उत्तरार्ध में, भौतिक विज्ञानी द्वितीय विश्व युद्ध में अमेरिकी सेना द्वारा उपयोग की जाने वाली वैक्यूम ट्यूबों के डिजाइन में सुधार करने के लिए काम कर रहे थे ताकि संकेतों को बढ़ाकर दुश्मन के विमानों का पता लगाया जा सके। उनमें से एक चार्ल्स टाउनस थे, जो न्यू जर्सी के मरे हिल में बेल लैब्स के एक शोधकर्ता थे। उन्होंने गैस अणुओं से युक्त गुहा के माध्यम से विद्युत चुम्बकीय तरंगों की एक बीम को पार करके एक अधिक शक्तिशाली एम्पलीफायर का निर्माण करने का प्रस्ताव दिया। लहर गैस में परमाणुओं को लहर के समान गति से ऊर्जा छोड़ने के लिए उत्तेजित करेगी, जिससे ऊर्जा उत्पन्न होती है जो इसे अधिक शक्तिशाली बीम के रूप में गुहा को छोड़ देगा।
1954 में, कोलंबिया विश्वविद्यालय में भौतिकी के एक प्रोफेसर, टाउनस ने एक उपकरण का आविष्कार किया, जिसे उन्होंने "मासर" कहा (विकिरण के उत्तेजित उत्सर्जन के प्रवर्धन के लिए छोटा)। यह लेजर के लिए एक महत्वपूर्ण अग्रदूत निकला।
अमेरिकन फिजिकल सोसाइटी द्वारा प्रकाशित एक लेख के अनुसार, कई सिद्धांतकारों ने टाउनस को बताया कि उनका उपकरण कभी काम नहीं करेगा। एक बार जब यह काम किया, तो अन्य शोधकर्ताओं ने जल्दी से इसकी नकल की और विविधताओं का आविष्कार करना शुरू कर दिया, लेख में कहा गया है।
टाउनस और अन्य इंजीनियरों ने सोचा कि वे एक मेसर का एक ऑप्टिकल संस्करण बना सकते हैं जो उच्च आवृत्ति ऊर्जा का उपयोग करके प्रकाश की एक किरण का उत्पादन कर सकता है। इस तरह के एक उपकरण माइक्रोवेव की तुलना में अधिक शक्तिशाली बीम का उत्पादन कर सकते हैं, लेकिन यह इन्फ्रारेड से दृश्यमान प्रकाश तक विभिन्न प्रकार के तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश के बीम का उत्पादन भी करेगा। 1958 में, टाउनस ने "लेजर" का एक सैद्धांतिक अवलोकन प्रकाशित किया।
"यह आश्चर्यजनक है कि 62 साल पहले पूर्वोत्तर संयुक्त राज्य अमेरिका में इन तीनों संगठनों ने हमें इन सभी क्षमताओं को अभी और भविष्य में प्रदान किया है।"
कई टीमों ने डिवाइस के निर्माण के लिए एक साथ काम किया, और मई 1960 में, कैलिफोर्निया के मालिबू में ह्यूजेस रिसर्च लेबोरेटरी के एक शोधकर्ता थियोडोर मैमन ने पहले काम करने वाले लेजर का निर्माण किया। तीन महीने बाद, मैमन ने आविष्कार का वर्णन करते हुए जर्नल नेचर में एक पेपर प्रकाशित किया, जो एक उच्च-शक्ति वाला दीपक है, जो दो दर्पण जैसी चांदी की सतहों के बीच रखी गई रूबी रॉड पर प्रकाश डालता है। सतह द्वारा गठित ऑप्टिकल गुहा में रूबी प्रतिदीप्ति को दोलन द्वारा उत्पादित प्रकाश आइंस्टीन के उत्तेजित उत्सर्जन को महसूस करता है।
बुनियादी लेजर अब एक वास्तविकता थी। इंजीनियरों ने जल्दी से विभिन्न मॉडलों को डिजाइन करना शुरू कर दिया।
कई शायद अर्धचालक लेजर की क्षमता के बारे में सबसे अधिक उत्साहित थे। सेमीकंडक्टर सामग्री को सही परिस्थितियों में बिजली का संचालन करने के लिए हेरफेर किया जा सकता है। अनिवार्य रूप से, सेमीकंडक्टर सामग्री से बने लेजर लेजर-लाइट स्रोतों और एम्पलीफायरों, लेंस और मिरर-आईएनटीओ माइक्रोमीटर-आकार के उपकरणों के लिए आवश्यक सभी घटकों को फिट कर सकते हैं।
इंजीनियरिंग एंड टेक्नोलॉजी के इतिहास विकिपीडिया के अनुसार, "इन वांछनीय गुणों ने वैज्ञानिकों और इंजीनियरों की कल्पना पर कब्जा कर लिया।"
1962 में, शोधकर्ताओं की एक जोड़ी ने पाया कि एक मौजूदा सामग्री एक उत्कृष्ट लेजर सेमीकंडक्टर थी: गैलियम आर्सेनाइड।
गैलियम आर्सेनाइड अर्धचालक लेज़रों के लिए एक आदर्श सामग्री है
9 जुलाई, 1962 को, MIT लिंकन लेबोरेटरी शोधकर्ता रॉबर्ट कीज़ और थियोडोर क्विस्ट ने ठोस-राज्य डिवाइस रिसर्च कॉन्फ्रेंस में एक दर्शकों के समक्ष घोषणा की कि वे एक प्रयोगात्मक अर्धचालक लेजर विकसित कर रहे थे, IEEE साथी पॉल डब्ल्यू। जुडावलकिस ने IEEE मील के एक भाषण के दौरान कहा। MIT में अनावरण समारोह। Juodawlkis MIT लिंकन प्रयोगशाला में क्वांटम सूचना और एकीकृत नैनोसिस्टम्स समूह के निदेशक थे।
उस समय लेजर अभी तक एक सुसंगत बीम का उत्सर्जन करने में सक्षम नहीं थे, लेकिन काम जल्दी से आगे बढ़ रहा था, जुडावलकिस ने कहा। Juodawlkis और quist ने तब दर्शकों को स्तब्ध कर दिया: वे दिखा सकते हैं, उन्होंने कहा, कि गैलियम आर्सेनाइड अर्धचालक में इंजेक्ट की गई लगभग 100 प्रतिशत विद्युत ऊर्जा को प्रकाश में परिवर्तित किया जा सकता है।
पहले कभी किसी ने ऐसा दावा नहीं किया था। दर्शक अविश्वास में थे, और उनके अविश्वास को साझा किया गया था।
"जुडावलकिस की बात के अंत में, एक दर्शक सदस्य ने खड़े होकर कहा, 'ठीक है, यह थर्मोडायनामिक्स के दूसरे कानून का उल्लंघन करता है," जुडावलकिस ने कहा।
हंसी में दर्शक भड़क उठे। लेकिन भौतिक विज्ञानी रॉबर्ट एन। हॉल, न्यूयॉर्क के शेंक्टाडी में जनरल इलेक्ट्रिक रिसर्च लेबोरेटरीज के एक अर्धचालक विशेषज्ञ ने उन्हें चुप कराया।
"बॉब हॉल बाहर आया और समझाया कि उसने दूसरे कानून का उल्लंघन क्यों नहीं किया," जुडावलकिस ने कहा। "यह एक सनसनी थी।"
कई टीमों ने एक कामकाजी अर्धचालक लेजर विकसित करने के लिए दौड़ लगाई, और विजेता दिनों के भीतर आया।
सेमीकंडक्टर लेज़रों को तरल नाइट्रोजन से भरे ग्लास कंटेनर में निलंबित छोटे सेमीकंडक्टर क्रिस्टल से बना होता है, जो डिवाइस को ठंडा रखने में मदद करता है।
हॉल जीई में लौट आया और जुडावलकिस और क्विस्ट की प्रस्तुतियों से प्रेरित होकर, आश्वस्त हो गया कि वह एक कुशल, प्रभावी गैलियम आर्सेनाइड लेजर बनाने के लिए एक टीम का नेतृत्व कर सकता है। उन्होंने पहले से ही सेमीकंडक्टर्स के साथ काम करते हुए, तथाकथित "पिन" डायोड रेक्टिफायर का आविष्कार किया था।
रेक्टिफायर, जो शुद्ध जर्मेनियम से बने क्रिस्टल का उपयोग करता था, एक अर्धचालक सामग्री, पावर ट्रांसमिशन के लिए ठोस-राज्य अर्धचालकों में वर्तमान-एक प्रमुख विकास को प्रत्यक्ष करने के लिए वैकल्पिक वर्तमान को बदल सकती है।
इस अनुभव ने अर्धचालक लेज़रों के विकास को तेज किया। हॉल और उनकी टीम ने "पिन" रेक्टिफायर के समान एक उपकरण का उपयोग किया। उन्होंने एक डायोड लेजर का निर्माण किया, जो एक गैलियम आर्सेनाइड क्रिस्टल से एक मिलीमीटर के एक तिहाई आकार में सुसंगत प्रकाश का उत्पादन करता था, दो दर्पणों के बीच एक गुहा में सैंडविच होता है ताकि प्रकाश बार-बार आगे और पीछे उछलता हो। आविष्कार की खबर 1 नवंबर, 1962 में भौतिक समीक्षा पत्रों के अंक में प्रकाशित हुई थी।
जैसा कि हॉल और उनकी टीम ने काम किया था, इसलिए न्यूयॉर्क के यॉर्कटाउन हाइट्स में वाटसन रिसर्च सेंटर में शोधकर्ताओं ने भी किया। ETHW के अनुसार, फरवरी 1962 में, आईबीएम शोधकर्ता, मार्शल आई। नाथन, जिन्होंने पहले गैलियम आर्सेनाइड पर काम किया था, ने अपने विभाग के प्रमुख से एक कार्य प्राप्त किया: पहले गैलियम आर्सेनाइड लेजर बनाने के लिए।
नाथन ने शोधकर्ताओं की एक टीम का नेतृत्व किया, जिसमें लेजर विकसित करने में विलियम पी। डुमके, गेराल्ड बर्न्स, फ्रेडरिक एच। डाइहल और गॉर्डन रास्चर शामिल थे। उन्होंने अक्टूबर में कार्य पूरा किया और एप्लाइड फिजिक्स लेटर्स के लिए अपने काम को रेखांकित करते हुए एक पेपर को सौंप दिया, जिसने इसे 4 अक्टूबर, 1962 को प्रकाशित किया।
MIT की लिंकन लेबोरेटरी, क्विस्ट, जुडावलकिस और उनके सहयोगी रॉबर्ट रेडिक में 5 नवंबर, 1962 में एप्लाइड फिजिक्स लेटर्स के मुद्दे की सूचना दी।
यह सब इतनी जल्दी हुआ कि न्यूयॉर्क टाइम्स के एक लेख ने "आश्चर्यजनक संयोग" पर चमत्कार किया, यह देखते हुए कि आईबीएम के अधिकारियों को जीई की सफलता के बारे में नहीं पता था जब तक कि जीई ने एक प्रेस कॉन्फ्रेंस के लिए एक निमंत्रण नहीं भेजा।
सभी तीन संगठनों को अब IEEE द्वारा उनके काम के लिए सम्मानित किया गया है। "शायद सेमीकंडक्टर लेज़रों का संचार के क्षेत्र में उनका सबसे बड़ा प्रभाव पड़ा है," ETHW लेख ने लिखा। "हर सेकंड, अर्धचालक लेज़रों ने चुपचाप मानव ज्ञान के योग को प्रकाश में बदल दिया, जिससे यह महासागरों और अंतरिक्ष में लगभग तुरंत साझा किया जा सके।"
एमआईटी के एक प्रवक्ता ने द टाइम्स को बताया कि जीई ने अपनी टीम से पहले अपनी सफलता "कुछ दिन या एक सप्ताह" हासिल की थी। आईबीएम और जीई दोनों ने अक्टूबर में यूएस पेटेंट के लिए आवेदन किया, और दोनों को अंततः प्रदान किया गया।
लिंकन लेबोरेटरी समारोह में, Gioudarkis ने बताया कि हर बार जब आप "एक फोन कॉल करें" या "Google Silly Cat वीडियो," आप एक अर्धचालक लेजर का उपयोग कर रहे हैं।
"अगर हम व्यापक दुनिया को देखते हैं," उन्होंने कहा, "अर्धचालक लेजर वास्तव में सूचना युग के कोने में से एक है।"
उन्होंने 1963 के टाइम मैगज़ीन के एक लेख के एक उद्धरण के साथ अपने भाषण को समाप्त कर दिया: "यदि दुनिया को हजारों अलग -अलग टेलीविजन कार्यक्रमों के बीच चयन करना था, तो उनके छोटे इन्फ्रारेड बीम के साथ बस कुछ डायोड उन सभी को एक साथ चुन सकते हैं।"
यह "सेमीकंडक्टर लेज़रों का प्रिस्क्रिप्शन था," गिउडार्किस ने कहा। "यह आश्चर्यजनक है कि पूर्वोत्तर में इन तीनों संगठनों ने 62 साल पहले क्या किया था ताकि हम इन सभी क्षमताओं को अब और भविष्य में दे सकें।"
जनरल इलेक्ट्रिक, वाटसन रिसर्च सेंटर और लिंकन प्रयोगशाला अब प्रौद्योगिकी का सम्मान करने वाली सजीले टुकड़े प्रदर्शित करती हैं। वे पढ़ते है:
1962 के पतन में, सेमीकंडक्टर लेज़रों के पहले प्रदर्शनों को जनरल इलेक्ट्रिक के शेंक्टाडी और सिरैक्यूज़ प्लांट्स, आईबीएम के थॉमस जे। वाटसन रिसर्च सेंटर और एमआईटी के लिंकन प्रयोगशाला द्वारा क्रमशः रिपोर्ट किया गया था। चावल के एक दाने की तुलना में छोटा, प्रत्यक्ष वर्तमान इंजेक्शन द्वारा संचालित, और पराबैंगनी से लेकर इन्फ्रारेड तक की तरंग दैर्ध्य के साथ, आधुनिक संचार, डेटा भंडारण और सटीक माप प्रणालियों में सेमीकंडक्टर लेजर सर्वव्यापी हैं।
