История лазера. Научное издание

Хотя полупроводники были известны давно, РёС… физика была полностью понята только после изобретения транзистора РІ 1948 Рі. Можно тем самым понять, что были некоторые сомнения РІ возможности РёС… использования для лазера. Р’Рѕ РІСЃСЏРєРѕРј случае полупроводники были первыми, рассмотренными как возможная среда для получения излучения путем стимулированного испускания. Р’ то время были выдвинуты различные предложения. Р’ 1954 Рі. Джон фон Нейман обсуждал СЃ Джоном Бардиным (РѕРґРёРЅ РёР· изобретателей транзистора) возможность использования полупроводников. Тремя годами позднее, РІ 1957 Рі., произошел подлинный взрыв. Р’ РЇРїРѕРЅРёРё 22 апреля 1957 Рі. был выдан патент Ватанабе Рё Нишизава, РІ котором рассматривалось рекомбинационное излучение, получающееся РїСЂРё инжекции свободных носителей РІ полупроводнике. Позднее РѕРЅ был опубликован 20 сентября 1960 Рі. Патент назывался полупроводниковый мазер, Рё, как пример, рассматривалось рекомбинационное свечение РІ теллуре РЅР° длине волны около 4 РјРєРј, С‚.Рµ. РІ ближнем Р�Рљ-диапазоне. Авторы наивно рассматривали полупроводник, помещенный РІ резонаторе, типичном для микроволновой области. РќРѕ концепция использовать инжекцию носителей Рё РёС… рекомбинационное излучение была озвучена. Р’ Линкольновской лаборатории MIT физик Бенжамен Лэкс провел РІ 1957 Рі. семинар СЃ участием Пьера РРіСЂСЌРЅР° (19242002) РёР· Парижа, Рё начались исследования переходов РІ РіСЂСѓРїРїРµ энергетических уровней, которые возникают, РєРѕРіРґР° полупроводник помещается РІ сильное магнитное поле (подобные тем, что работают РІ трехуровневом мазере Бломбергена). Р�деи РРіСЂСЌРЅР° были представлены РЅР° международной конференции РїРѕ физике твердого тела РІ электронике Рё телекоммуникациям. РћРЅР° проходила РІ 1958 Рі. РІ Брюсселе, Рё РЅР° ней обсуждалась возможность использования полупроводников для продвижения мазерного эффекта РІ область оптических частот. Однако труды этой конференции РЅРµ были опубликованы.

Р’ бывшем Советском РЎРѕСЋР·Рµ РіСЂСѓРїРїР° ученых Р�нститута РёРј. Рџ.Рќ. Лебедева (Р¤Р�РђРќ) РђРќ РЎРЎРЎР , возглавляемая Рќ.Р“. Басовым, РІ составе Р‘.Рњ. Вула Рё Р®.Рњ. РџРѕРїРѕРІР°, начала РІ 1957 Рі. рассматривать возможность использования полупроводников для продвижения излучения мазера РІ оптический диапазон. Басов начал рассмотрение этой проблемы вместе СЃ Поповым, который тогда работал РІ лаборатории люминесценции. РћР±Р° исследователя познакомились, РєРѕРіРґР° были студентами РІ РњР�Р¤Р�. Физика полупроводников изучалась РІ Р¤Р�РђРќРµ РІ лаборатории полупроводников, которой СЂСѓРєРѕРІРѕРґРёР» Бул. Поэтому РѕРЅ, естественно, принимал активное участие. Р’ результате сотрудничества этих трех ученых появилось предложение лазерной системы СЃ использованием электрического разряда. РћРЅРѕ было опубликовано РІ РёСЋРЅРµ 1958 Рі. Рё обсуждалось Басовым РЅР° Западе РЅР° Первой конференции РїРѕ квантовой электронике, организованной Таунсом РІ РЎРЁРђ. Ртой работы РЅРµ было РІ программе, Рё РѕРЅР° была представлена РЅР° обеде (полупроводниковый лазер, работающий РЅР° этом принципе, был создан РјРЅРѕРіРѕ позже, РІ 1968 Рі., РІ РіСЂСѓРїРїРµ Басова). Позднее, РІ 1960-61 РіРі., эта РіСЂСѓРїРїР° предложила еще три метода возбуждения: электронный пучок, оптическая накачка Рё инжекция электронов через p-n-переход. Авторами этих предложений были Рќ.Р“. Басов, Р®.Рњ. РџРѕРїРѕРІ Рё Рћ.Рќ. РљСЂРѕС…РёРЅ. Выполнялись также экспериментальные исследования. Р’ 1959 Рі, РІ Р¤Р�РђРќРµ РїРѕРґ руководством Басова была начата программа Фотон, которая была первой научной программой РІ РЎРЎРЎР  РїРѕ разработке лазеров.

Возможность использования полупроводников рассматривалась в США и обсуждалась в 1959 г. в MIT Кромером и Цайгером. В 1960 г. Бойль и Томас из Bell Labs получили патент на использование полупроводников для создания лазера.

Тем временем, в 1961 г., двумя французскими исследователями М. Бернардом и Г. Дурафургом из Национального исследовательского центра телекоммуникаций (CNET) был получен важный теоретический результат. Они представили полное и исчерпывающее обсуждение, из которого следовала возможность вынужденного излучения в полупроводниках благодаря переходам между зоной проводимости и валентной зоной. Были получены фундаментальные соотношения, из которых следовала возможность получить лазерный эффект. Они также рассмотрели некоторые материалы, в которых можно ожидать выполнение нужных условий, и предложили среди других материалов полупроводники GaAs (арсенид галлия) и GaSb (антимонид галлия). После публикации этой работы многие группы начали активные исследования. В январе 1962 г. российский ученый Д.Н. Наследов и его коллеги из Физико-технического института АН СССР (г. Ленинград) сообщили, что ширина линии излучения, испускаемого GaAs-диодами, демонстрирует некоторое уменьшение ширины при увеличении тока. Они предположили, что это могло указывать на вынужденное излучение. В США несколько групп из IBM, RCA, Линкольновской лаборатории MIT и General Electric (GE) начали соревновательную гонку, которая коротко описывается здесь.