Винахід лазера стоїть в одному ряду з найбільш видатними досягненнями науки і техніки XX століття. Перший лазер з'явився в 1960 р і відразу ж почався бурхливий розвиток лазерної техніки. У стислі терміни були створені різноманітні типи лазерів і лазерних пристроїв, призначених для вирішення конкретних наукових і технічних завдань. Лазери вже встигли завоювати міцні позиції в багатьох галузях народного господарства. Як зауважив академік А.П. Александров, "всякий хлопчисько тепер знає слово лазер". І все ж, що таке лазер, ніж він цікавий і корисний? Один з основоположників науки про лазерах - квантової електроніки - академік Н.Г. Басов відповідає на це питання так: "Лазер - це пристрій, в якому енергія, наприклад теплова, хімічна, електрична, перетворюється в енергію електромагнітного поля - лазерний промінь. При такому перетворенні частина енергії неминуче втрачається, але важливо те, що отримана в результаті лазерна енергія має незрівнянно більш високою якістю. Якість лазерної енергії визначається її високою концентрацією і можливістю передачі на значну відстань. Лазерний промінь можна сфокусувати в крихітну цятку діаметра порядку довжини світлової хвилі і отримати щільність енергії, що перевищує еже на сьогоднішній день щільність енергії ядерного вибуху ... За допомогою лазерного випромінювання вже вдалося досягти найвищих значень температури, тиску, напруженості магнітного поля. Нарешті, лазерний промінь є найбільш ємним носієм інформації і в цій ролі - принципово новим засобом її передачі та обробки ". Широке застосування лазерів в сучасній науці і техніці пояснюється специфічними властивостями лазерного випромінювання. Лазер - це генератор когерентного світла. На відміну від інших джерел світла (наприклад, ламп розжарювання або ламп денного світла) лазер дає оптичне випромінювання, що характеризується високим ступенем впорядкованості світлового поля або, як кажуть, високим ступенем когерентності. Таке випромінювання відрізняється високоюмонохроматичністю і спрямованістю. В наші дні лазери успішно трудяться на сучасному виробництві, справляючись з найрізноманітнішими завданнями. Лазерним променем розкроюють тканини і ріжуть сталеві листи, зварюють кузови автомобілів і приварюють найдрібніші деталі в радіоелектронній апаратурі, пробивають отвори в крихких і надтвердих матеріалах. Доведення номіналів пасивних елементів мікросхем і методи отримання на них активних елементів за допомогою лазерного променя отримали подальший розвиток і застосовуються у виробничих умовах. Причому лазерна обробка матеріалів дозволяє підвищити ефективність і конкурентоспроможність у порівнянні з іншими видами обробки. В руках хірурга лазерний промінь перетворився в скальпель, що має низку дивовижних властивостей. Лазери широко використовуються в сучасних контрольно-вимірювальних приладах, обчислювальних комплексах, системах локації і зв'язку. Лазери дозволяють швидко і надійно контролювати забрудненість атмосфери і поверхні моря, виявляти найбільш навантажені ділянки деталей різних механізмів, визначати внутрішні дефекти в них. Лазерний промінь стає надійним помічником будівельників, картографів, археологів, криміналістів. Безперервно розширюється область застосування лазерів в наукових дослідженнях - фізичних, хімічних, біологічних.
Чудові властивості лазерів - виключно висока когерентність і спрямованість випромінювання, можливість генерування когерентних хвиль великої інтенсивності в видимій, інфрачервоній і ультрафіолетовій областях спектру, отримання високої щільності енергії як в безперервному, так і в імпульсному режимі - вже на зорі квантової електроніки вказувало на можливість широкого їх застосування для практичних цілей. З початку свого виникнення лазерна техніка розвивається винятково високими темпами. З'являються нові типи лазерів і одночасно вдосконалюються старі: створюються лазерні установки з необхідним для різних конкретних цілей комплексом характеристик, а також різного роду прилади керування променем, все більше і більше вдосконалюється вимірювальна техніка. Це послужило причиною глибокого проникнення лазерів в багато галузей народного господарства, і зокрема в машино- і приладобудування.
Значна імпульсна потужність і енергія лікування сучасних твердотільних і газових лазерів дозволили впритул підійти до вирішення проблем лазерної енергетики - розробці лазерної зброї для систем протиракетної оборони, керованого термоядерного синтезу, розділення ізотопів і променевої передачі енергії, в тому числі на космічні об'єкти.
Треба особливо відзначити, що освоєння лазерних методів або, інакше кажучи, лазерних технологій значно підвищує ефективність сучасного виробництва. Лазерні технології дозволяють здійснювати найбільш повну автоматизацію виробничих процесів. Одночасно при цьому економиться сировину і робочий час, підвищується якість продукції. Наприклад, практично миттєва пробивання отворів лазерним випромінюванням у багато разів збільшує продуктивність роботи свердлувальника і до того ж істотно підвищує якість цієї роботи. Лазерне виготовлення мікросхем відрізняється високою продуктивністю і високою якістю. В обох прикладах виробничі операції легко піддаються автоматизації; управління лазерним променем може взяти на себе спеціальне обчислювальний пристрій. Можна впевнено стверджувати, що впровадження і вдосконалення лазерних технологій призведе до якісної зміни всього образу сучасного виробництва.
Величезні і вражаючі досягнення лазерної техніки сьогоднішнього дня. Завтрашній день обіцяє ще більш грандіозні звершення. З лазерами пов'язані багато надії: від створення об'ємного кіно до рішення таких глобальних проблем, як встановлення наддалекої наземної і підводної оптичного зв'язку, розгадку таємниць фотосинтезу, здійснення керованої термоядерної реакції, поява систем з великим об'ємом пам'яті і швидкодіючими пристроями введення-виведення інформації.
Історія створення лазера
Перші кроки на шляху до лазеру. Слово "лазер" складено з початкових літер в англійському словосполученні Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, що в перекладі на російську мову означає: посилення світла за допомогою вимушеного випускання. Таким чином, в самому терміні лазер відображена та фундаментальна роль процесів вимушеного випускання, яку вони грають в генераторах і підсилювачах когерентного світла. Тому історію створення лазера слід починати з 1917 р коли Альберт Ейнштейн вперше ввів уявлення про вимушене випущенні. Це був перший крок на шляху до лазеру. Наступний крок зробив радянський фізик В.А. Фабрикант, хто вказав в 1939 р на можливість використання вимушеного випускання для посилення електромагнітного випромінювання при його проходженні через речовину. Ідея, висловлена В.А. Фабрикантом, передбачала використання мікросистем з інверсної заселеністю рівнів. Пізніше, після закінчення Великої Вітчизняної війни В.А. Фабрикант повернувся до цієї ідеї і на основі своїх досліджень подав в 1951 р (разом з М.М. Вудинскім і Ф.А. Бутаева) заявку на винахід способу посилення випромінювання за допомогою вимушеного випускання. На цю заявку було видано свідоцтво, в якому під рубрикою "Предмет винаходи" записано: "Спосіб посилення електромагнітних випромінювань (ультрафіолетового, видимого, інфрачервоного і радіодіапазонів хвиль), що відрізняється тим, що посилюється випромінювання пропускають через середу, в якій за допомогою допоміжного випромінювання або іншим шляхом створюють надлишкову порівняно з рівноважною концентрацію атомів, інших частинок або їх систем на верхніх енергетичних рівнях, відповідних порушеними станів ".
Створення мазера. Спочатку цей спосіб посилення випромінювання виявився реалізованим в радіодіапазоні, а точніше в діапазоні надвисоких частот (НВЧ діапазоні). У травні 1952 року на загальносоюзної конференції по радиоспектроскопии радянські фізики (нині академіки) Н.Г. Басов і А.М. Прохоров зробили доповідь про принципову можливість створення підсилювача випромінювання в НВЧ діапазоні. Вони назвали його "молекулярною генератором" (передбачалося використовувати пучок молекул аміаку). Практично одночасно пропозицію про використання вимушеного випускання для посилення і генерування міліметрових хвиль було висловлено в Колумбійському університеті в США американським фізиком Ч. Таунсом. У 1954 р молекулярний генератор, названий в скоре Мазер. став реальністю. Він був розроблений і створений незалежно і одночасно в двох точках земної кулі - у Фізичному інституті імені П. М. Лебедєва Академії наук СРСР (групою під керівництвом Н.Г. Басова і А.М. Прохорова) і в Колумбійському університеті в США (групою під керівництвом Ч. Таунса). Надалі від терміна "мазер" і відбувся термін "лазер" в результаті заміни букви "М" (початкова буква слова Microwave - мікрохвильової) буквою "L" (початкова буква слова Light - світло). В основі роботи як мазера, так і лазера лежить один і той же принцип - принцип, сформульований в 1951 р В.А. Фабрикантом. Поява мазера означало, що народився новий напрям в науці і техніці. Спочатку його назвали квантової радіофізикою. а пізніше стали називати квантової електронікою.
Перші лазери. Таким чином, інтенсивні теоретичні та експериментальні дослідження в СРСР і США впритул підвели вчених в самому кінці 50-х років до створення лазера. Успіх випав на долю американського фізика Т. Меймана. У 1960 р в двох наукових журналах з'явилося його повідомлення про те, що йому вдалося отримати на рубіні генерацію випромінювання в оптичному діапазоні. Так світ дізнався про народження першого "оптичного мазера" - лазера на рубіні. Перший зразок лазера виглядав досить скромно: маленький рубіновий кубик (1x1x1 см), дві протилежні грані якого мали срібне покриття (ці межі грали роль дзеркал резонатора), періодично опромінювався зеленим світлом від лампи-спалахи високої потужності, яка змією охоплювала рубіновий кубик. Генерується випромінювання у вигляді червоних світлових імпульсів що випускаються через невеликий отвір в одній з посріблених граней кубика. У тому ж 1960 р американським фізикам А. ДЖАВАННА, В. Беннет, Д. Ерріоту вдалося отримати генерацію оптичного випромінювання в електричному розряді в суміші гелію і неону. Так народився перший газовий лазер, поява якого було фактично підготовлено експериментальними дослідженнями В.А. Фабриканта і Ф.А. Бутаева, виконаними в 1957 р починаючи з 1961 р лазери різних типів (твердотільні і газові) займають міцне місце в оптичних лабораторіях. Освоюються нові активні середовища, розробляється і вдосконалюється технологія виготовлення лазерів. У 1962-1963 рр. в СРСР і США одночасно створюються перші напівпровідникові лазери. Так почався новий, "лазерний" період оптики.