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Storia del laser
Storia dello sviluppo del laser

Generalmente viene considerato l'anno 1960 come anno di nascita del laser. T.H.Maiman sollecitò una barretta di rubino, le cui superfici parallele fungevano da risonatore, con un lampo d'impulso, e osservò per la prima volta una fonte coerente di emissione nello spettro del visibile.  La scoperta di Maiman marcò un punto di svolta nell'elettronica dei quanti: da una parte portò con sé anni di sforzi pratici e teoretici per la realizzazione di una tale sorgente luminosa, d'altra parte introdusse una fase di rapido sviluppo tecnico-scientifico che dura fino ad oggi.

Alla fine degli anni cinquanta si acuì la corsa alla "venatura ottica" (come veniva allora chiamato il laser). Nell'anno 1958 Schawlow e Townes dimostravano nella teoria delle possibilità lo sviluppo un'amplificatore di irraggiamento per lo spettro visibile e infrarosso simile a quello, proposto nel 1951 e costruito nel 1954, per le microonde. Già nel 1959 G.Gould aveva abbozzato il principio di costruzione di una tale macchina e registrato gli schizzi presso un notaio per poi depositare un brevetto sulle sue idee. Egli coniò anche la denominazione "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" (Amplificazione della luce attraverso emissione stimolata di radiazioni), in breve LASER. Con ciò viene considerato da alcuni come "inventore del laser".

Ciò nonostante, come spesso succede nel campo degli sforzi scientifici, è stato un uomo che, in contraddizione con i suoi predecessori e concorrenti, ha avuto l'ispirazione creatrice e la giusta porzione di fortuna: il suo nome è Maiman. Maiman utilizzò il rubino - il quale a causa della presunta bassa efficienza di irradiamento era considerato come non promettente come mezzo attivo per laser - ed ebbe successo. Nella corsa per il primo laser fu lui, l'outsider, a battere la concorrenza, con un budget relativamente modesto della Hughes Research. La concorrenza era rappresentata allora da tutti i gruppi di ricerca che rappresentavano allora la "comunità scientifica" in tale ambito: Lincoln Labs, IBM, Siemens, RCA Labs, GE, Bell Labs, TRG e molti altri. Tuttavia i risultati di Maiman erano così sorprendentemente insoliti, che la loro pubblicazione fu respinta dalla stimata rivista "Physical Review Letters". (A posteriori i recensori devono essere stati piuttosto imbarazzati!) Quindi Maiman intraprese una via piuttosto insolita per un americano e pubblicò i suoi risultati sull'inglese "Nature". Il 7 Luglio 1960 Hughes Research da nota la scoperta del laser in una conferenza stampa. Con i suoi risultati Maiman introdusse sviluppi nell'ambito della fisica applicata per ora solo in parte immaginabili. La tecnologia laser cominciò la sua scalata trionfale.

Tuttavia Maiman non ricevette, come spesso è successo nell'ambito delle Scienze, l'alloro più ambito, il premio Nobel. I suoi predecessori Basov, Prokhorov e Townes ricevettero il premio nel 1964 per il loro "lavoro fondamentale nell'ambito dell'elettronica quantistica", che svilupparono per la costruzione di oscillatori e amplificatori basati sul principio del laser. Schwalow ricevette il premio nel 1981 per i suoi contributi sul tema della laserspettroscopia.

Maiman ne uscì a mani vuote, a parte il fatto che poche altre invenzioni si avvicinarono così tanto come il Laser all'idea originaria di Nobel. Costruzioni raffinate, semplici e pratiche, vengono considerate in campo accademico, particolarmente quando vengono da un outsider, come delle fortunose coincidenze. Per questo non ricevono spesso l'attenzione meritata. Ma spesso è ciò che è semplice che è così difficile da sviluppare.

I paragrafi seguenti forniscono una serie cronologica di eventi sullo sviluppo del laser. A causa della loro varietà e complessità non si considerano le applicazioni del laser. Tanto meno viene considerato il progresso quantitativo. Ci si trovano soltanto nuovi fondamenti, concetti e tipi di laser così come salti qualitativi. Gli sviluppi sono spesso paralleli, cosicché è difficile dare la precedenza all'uno piuttosto che all'altro. Considerando ciò la nostra lista non rivendica nessun diritto di completezza.

Tale cronologia può mostrare all'utilizzatore del laser quanto tempo, anche nella nostra società orientata alle innovazioni e di veloce mutazione, deve passare dal momento in cui un'idea esce dalle prime realizzazioni in laboratorio fino a diventare un'applicazione di larga portata di utilizzo. Per esempio i laser a semiconduttore, che diventarono prodotto di massa solo dai primi anni ottanta nei mezzi di comunicazione ottici e nei lettori CD. Erano stati proposti già nel 1959 (ancora prima delle realizzazioni di Maiman!), per la prima volta realizzati nel 1962 (a basse temperature e in modalità impulso), e solo un anno dopo portati a regime (sempre con l'ausilio di un raffreddamento). Solo gli apporti di Kroemer, Alferov e Kazarinov (1963) fecero imboccare la via per un'emissione efficiente. Nel 1968 si raggiunse la modalità a impulso e nel maggio 1970 il team di Alferov fu in grado di presentare il primo diodo laser capace di andare a temperatura ambiente in modo durevole. Un mese dopo venne presentato lo sviluppo parallelo (del blocco occidentale) di Hayashi, Panish et al. I diodi laser erano tuttavia lontani da un'applicazione pratica. Era ancora necessaria una serie di passi per portare i diodi a semiconduttore al livello odierno: nuove tecnologie di accrescimento, nuovi materiali (per es. InGaAsP, 1976), nuove strutture (per es. sorgenti quantiche, 1978), nuovi principi (per es. diodi a emissione superficiale, 1979), nuove lunghezze d'onda (per es. settore blu dello spettro, 1991 und 1996) e molti altri.

Accanto al successo commerciale dei semiconduttori vede l'anno 2000 un riconoscimento adeguato per uno dei suoi padri: a quasi quarant'anni dallo sviluppo del principio delle eterostrutture e a trent'anni dal primo sviluppo di diodi laser funzionanti a temperatura ambiente continua, il russo Zh.I.Alferov riceve il premio Nobel per la Fisica.

Solo il futuro può mostrare quali dei nuovi sviluppi sul laser avrà anche un corrispettivo successo economico (che siano laser atomici, a polimeri, o altri).

Cronologia dello sviluppo del laser

Anno

  • Teoria, proposte e presentazioni (-> Anno di prosecuzione o realizzazione)
  • Esperimenti e realizzazioni (-> Anno di prosecuzione o descrizione teorica)
1917
- A.Einstein: Published "On the quantum mechanics of radiation", explaining spontaneous and stimulated emission
1920
- J.Franck, F.Reiche: Evidence of metastable state in excited helium
1927
- P.A.M.Dirac: Quantum interpretation of stimulated emission
1928
- R.Laddenburg et al.: Experimental verification of stimulated emission in gas discharges
1950
- E.M.Purcell, R.Pound: Generation of stimulated emission for inversely populated nuclear spins
- Kastler, J.Brossel: Generation of a predominant population of higher energy states (i.e. population inversion) through optical pumping
1951
- V.A.Fabrikant: Suggestion to amplify electromagnetic radiation in a medium with prevailing population inversion
- Ch.A.Townes et al.: Discussion of the option of a radiation amplifier exploiting the population inversion (-> 1954)
- C.S. van Heel, H.H.Hopkins and N.S.Kapany: first technically applicable glass fibres with core and casing
1954
- N.G.Basov and A.M.Prohorov: Propositions and calculations for a microwave oscillator based on stimulated emission
- Ch.H.Townes e t al.: First maser (= Microwave Amplifier by Stimulated Emission of Radiation) based on ammonia molecules
- N.S.Kapany: Coins the term "fiber optics"
1956
- N.Bloembergen: Theory of a low noise paramagnetic amplifier within a three-level system
- R.H.Dicke: First US patent for a maser with emission in the infrared range (not realised)
1958
- L.Schawlow and Ch.H.Townes: Propositions and calculations for the realisation of masers for light and infrared (-> 1960)
1959
- G.Gould submits construction sketches for an optical maser for a US patent and introduces the term "laser" (= Light Amplifier by Stimulated Emission of Radiation)
- N.G.Basoc et al.: Proposition for a semiconductor laser (-> 1962)
1960
- T.H.Maiman: First laser, consisiting of a ruby bar (Cr3+:Al2O3) with two parallel faces as resonator and a pulsed flashbulb as optical pumping source, emission wavelength 0.6943 micrometres
- A.Javan: First gas laser, coninuous stimulated emission at a wavelength of 1.15 micrometres in a helium-neon gas mixture with neon as the emitting atom
- P.P.Sorokin and M.J.Stevenson: Stimulated emission of U3+:CaF2 at wavelengths of 2.5 micrometres and 2.6 micrometres
- F.G.Houtermans: Proposal to use excimers as a laser medium (-> 1971)
1961
- A.G.Fox and T.Li; G.D.Boyd and J.P.Gordon: Theory of optical resonators with spherical mirrors
- P.P.Sorokin and M.J.Stevenson, W.Kaiser et al.: Stimulated emission of Sm2+:CaF2 at a wavelength of 0.7080 micrometres
- E.Snitzer: Stimulated emission of Nd3+:glass at a wavelength of 1.0623 micrometres
- J.C.Polani: Proposition of a chemical laser (-> 1965)
- E.Snitzer: Combined laser with optical fibres
- R.W.Hellwarth: Proposition to generate intense laser pulses via Q-switching (-> 1964)
- P.A.Franken et al.: First frequency doubling of (ruby) laser light passing through a quartz crystal (-> 1962)
1962
- D.White and J.D.Ridgen: Development of the helium-neon (HeNe) laser with an emission wavelength of 0.6328 micrometres. This is set to become the most widely used gas laser
- R.N.Hall et al., M.I.Nathan et al., T.M.Quist et al.: Pulsed stimulated emission of cooled GaAs diodes (doped with Zn and Te) at a wavelength of 0.84 micrometres
- D.A.Kleinmann and P.P.Kisliuk: First Fabry-Perot reflector within a laser resonator for mode selection
- N.Bloembergen et al.: Theory of wave propagation in non-linear media (frequency doubling, parametric processes (-> 1965), stimulated Raman effect, multiple photon absorption and others)
- E.J.Woodbury, W.K.Ng: First observation of stimulated Raman scattering
1963
- L.F.Johnson et al.: First tuneable solid-state lasers based on transition metal ions, e.g. Ni2+:MgF2, wavelengths 1.62 micrometres to 1.8 micrometres
- F.H.Dill; W.E.Howard et al.: Continuous stimulated 0.84 micrometers emission of GaAs diodes at temperatures of 2 K to 77 K
- B.Lax et al.: Propagation of light in pn diodes interpreted as the effect of a dielectric wave guide
- N.G.Basov and A.N.Oraevskii: Proposition of a gas-dynamic laser (-> 1966)
- H.G.Heard: First N2-laser
- H.Kroemer; Zh.I.Alferov and R.F.Kazarinov: Proposition of a double-hetero structure laser diode (-> 1968)
- R.Newman: Proposition to pump solid-state lasers with laser diodes (-> 1964)
- M.Coupland: First application of a GaAs laser diode as optical amplifier
1964
- J.E.Geusic et al.: Stimulated 1.0641 micrometers emission of Nd:YAG, i.e. Nd3+:Y3Al5O12; basis for the most common solid-state laser
- C.K.N.Patel: 10 micrometers CO2 laser, effective and powerful laser
- W.B.Bridges: Argon ion laser with an emission wavelength of 0.514 micrometres, 0.488 micrometres etc.; xenon and krypton laser
- H.A.Gebbie et al.: 337 micrometres HCN laser, first effective sub-millimetre-wave laser, bridges wavelength gap between infrared and microwaves
- E.A.J.Marcatili and R.A.Schmeltzer: Proposition and calculations for wave guide gas laser (-> 1967)
- R.J.Keyes, T.M.Quist: First diode-pumped solid-state lasers (GaAs laser diode pumps U3+:CaF2) at 4.2 K
- S.E.Harris, R.Targ: First active mode coupling with the aid of an acoustooptic loss modulator in a cw He-Ne laser
- P.Kafalas et al., B.H.Soffer, P.P.Sverokin et al.: Realisation of a Q-switch through a saturable absorber as passive switch
- W.E.Lamb; H.Dänzer: Theory of induced emission as expanded quantum-mechanical dispersion theory

1965
- J.V.V.Kasper and G.C.Pimentel: First realisation of a chemical laser based on HCl, emission wavelength 3.5 micrometres
- B.Fritz and E.Menke: First colour-centre laser based on KCl:Li/Fa, emission wavelength 2.7 micrometres
- H.W.Mocker and R.J.Collins: First generation of ultra-short light pulses (ps range) through passive mode coupling of a ruby laser
- J.A.Giordmaine, R.C.Miller: First optical parametric oscillator (OPO), non-linear material LiNbO3, pump signal: frequency-doubled Nd:CaWO4
1966
- R.Kantrowitz et al.: First realisation of a gas-dynamic CO2 laser with an emission wavelength of 10 micrometres
- P.P.Sorokin and J.R.Lankard: First pulsed dye laser: Stimulated emission of chloride of aluminium phtalocyanin dissolved in ethyl alcohol, emission wavelength 0.756 micrometres, pumped with a ruby laser
- F.P.Schäfer et al.: Dye laser: Pulsed stimulation emission of 3-3'-diethyltricarbocyanin, tuneable through variation of the solvent
- W.T.Walter: First copper vapour laser, wavelengths 510.6 nm and 578.2 nm
1967
- F.K.Kneubühl et al.: Calculation and realisation of a wave guide gas laser as 337 micrometres HCN laser
- T.F.Deutsch; K.L.Kompa and G.C.Pimentel: First hydrogen fluoride (HF) laser
1968
- Zh.I.Alferov et al.: Pulsed-mode operation of a double-hetero structure laser diode
- W.Schmidt, E.P.Schäfer: First passive mode coupling for a dye laser
- M.Ross: First diode-pumped Nd:YAG laser
- W.T.Walter: First gold vapour laser, wavelength 627.8 nm
- W.F.Kosonocky et al., J.I.Pankove: First concept for monolithic laser diode arrays (-> 1978)
1969
- W.B.Tiffany et al.: First powerful CO2 laser (kW range)
1970
- O.G.Peterson et al.: Continuous stimulated emission of rhodamine 6G in water
- T.Y.Chang and T.J.Bridges: 496 micrometres CH3F laser, first laser-pumped gas laser, large number of stimulated emissions in the far infrared up to 3 mm wavelength
- J.Beaulieu: Transversely Excited Atmospheric Pressure (TEA) CO2-Laser
- May: Zh.I.Alferov et al.: First continuously emitting double-hetero structure laser diode at room temperature
- June: I.Hayashi, M.B.Panish et al.: Continuously operating laser diode at room temperature
- L.Esaki and R.Tsu: First quantum well structures (-> 1978)
1971
- N.G.Basov et al.: Xe*2 laser, first excimer laser
- H.Kogelnik and C.V.Shank: Distributed Feedback (DFB) dye laser
- J.M.J.Madey: Proposition of a "free electron" laser (-> 1977)
- L.F.Johnson, H.G.Guggenheim: First observation of stimulated emission through up-conversion processes (-> 1987)
1972
- E.P.Ippen, R.H.Stolen: First experiments for stimulated Brillouin scattering in optical fibres
1973
- M.Nakamura and A.Yariv et al.: First DFB semiconductor laser
1974
- L.F.Mollennauer and D.H.Olson: First tuneable colour-centre laser based on KCl:LiFA(II), wavelengths 2.6 micrometre to 2.8 micrometre
- G.Marovsky: Use of a ring resonator for suppressing spatial "hole burning"
1975
- H.Haken: Interprets laser instabilities with differential equations with chaotic solutions
- T.W.Hänsch and A.L.Schawlow, D.J.Wineland and H.G.Dehmelt: Proposition to cool atomic beams with lasers (-> 1981)
1976
- J.Hsieh: Continuously emitting InGaAsP laser diode with an emission wavelength of 1.25 micrometre
1977
- D.A.G.Deacon et al.: First "free electron" laser
1978
- J.C.Walling: Continuously tuneable solid-state laser based on alexandrite (BeAl2O4:Cr3+), tuneable in the range 710 nm to 820 nm
- D.R.Scifres et al.: First efficient phase-coupled monolithic laser diode array
- R.D.Dupius et al.: Operation of a quantum well laser diode based on GaAlAs/GaAs at room temperature
1979
- E.Affolter and F.K.Kneubühl: DFB gas laser
- H.Soda et al.: First surface-emitting laser diodes (Vertical Cavity Surface Emitting Lasers = VCSEL)(-> 1985)
1980
- L.F.Mollenauer, R.Stolen, J.P.Gordon: First observation of solitons in optical fibres (-> 1983)
- Zs.Bor: Generation of ultra-short single pulses with a dye laser
1981
- V.S.Letokov, V.G.Minogin: Calculations regarding the cooling of atomic beams via laser light (-> 1985)
- F.Koyama et al.: Laser diodes with Distributed Bragg Reflector (= DBR), material GaInAsP/InP, emission wavelength 1.58 micrometre
1982
- P.F.Moulton: First Ti:sapphire laser (Ti3+:Al2O3), tuneable in the range 670 nm to 1079 nm
1983
- L.F.Mollenauer, R.Stolen: First soliton laser
1984
- D.Meschede, G.Walther, G.Müller: Proof that individual atoms (so-called Rydberg atoms) can induce and maintain continuous resonator excitation: First single-atom maser (-> 1994)
1985
- L.Anesson and F.K.Kneubühl: Helical Feedback (HFB) laser
- S.Chu et al.: Development of a method for laser cooling of atomic beams
- D.L.Matthews et al.: X-ray laser ("soft X-ray amplifier" at 15 nm wavelength)
- T.J.Kane and R.L.Byer: Diode-pumped monolithic Nd:YAG ring laser
- K.Iga et al.: Pulsed-mode operation of a surface-emitting GaAlAs/GaAs laser diode (VCSEL) at room temperature
1987
- A.J.Silversmith et al.: First continuously operated up-conversion laser
- D.Payne: Development of an erbium-doped fibre amplifier (Erbium Doped Fiber Amplifier = EDFA) with an operating wavelength of 1.55 micrometre
1988
- S.A.Payne et al.: First Cr:LiCaF laser, tuneable in the range 720 nm to 840 nm
1989
- S.A.Payne et al.: First Cr:LiSaF laser, tuneable in the range 780 nm to 920 nm
1990
- L.Canham: Observation of the radiation emission in the visible spectral range in porous silicon
1991
- M.Haase et al.: First short-term operation of a blue-green emitting laser diode on the basis of the II-VI semiconductor ZnSe
1992
- G.Green, G.Leising et al.: Organic polymer LED, emitting in the blue spectral range
1994
- F.capasso, J.Faist, A.Cho et al.: Population inversion in discrete energy levels within the conduction band: First quantum cascade laser, emission in the mid-infrared range
- N.Kirstaeder et al.: Basic structure of a quantum dot laser
- M.Yan et al.: Proof of stimulated emission in conjugated polymers (->1996)
- K.An et al.: First single-atom laser, emission wavelength 791 nm
1995
- M.H.Anderson et al., K.B.Davis et al.: First observation of the Bose-Einstein condensation in stored atomar gases (-> 1997)
1996
- S.Nakamura: First efficient blue emitting laser diode at room temperature based on the III-V semiconductor GaN
- R.H.Friend: Optically pumped polymer laser
1997
- W.Ketterle et al., M.R.Andrews et al.: Verification of the coherent character of the Bose-Einstein condensate (-> 1999)
1999
- W.Ketterle et al., M.Kozuma et al.: First atom laser: Coherent amplification of matter waves on passing through an atom reservoir
- O.Paintner et al.: Optical pumping causing laser activity in porous InGaAsP structures