60০ বছরেরও বেশি আগে উদ্ভাবিত, সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলি বারকোড স্ক্যানার, ফাইবার-অপটিক যোগাযোগ, মেডিকেল ইমেজিং এবং রিমোট কন্ট্রোল সহ আজকের অনেক প্রযুক্তির ভিত্তি।
দীর্ঘ-তাত্ত্বিক লেজারটি প্রথমবারের মতো প্রদর্শিত হলে লেজার প্রযুক্তির সম্ভাবনাগুলি ১৯60০ সালে বৈজ্ঞানিক সম্প্রদায়কে হতবাক করে দেয়। তিনটি মার্কিন গবেষণা কেন্দ্র প্রযুক্তির এটি না জেনে প্রথম অর্ধপরিবাহী সংস্করণ বিকাশের জন্য একটি দৌড় শুরু করেছিল। তিনটি সংস্থা-জেনারেল ইলেকট্রিক, আইবিএমের টমাস জে ওয়াটসন রিসার্চ সেন্টার এবং এমআইটির লিংকন ল্যাবরেটরি-ইচ 1962 সালে একে অপরের কয়েক দিনের মধ্যে একটি অর্ধপরিবাহী লেজারের প্রথম বিক্ষোভের কথা জানিয়েছেন।
সেমিকন্ডাক্টর লেজারকে তিনটি অনুষ্ঠানে একটি আইইইই মাইলফলক হিসাবে মনোনীত করা হয়েছিল, প্রতিটি ডিভাইসের জন্য একটি স্মরণীয় ফলক ইনস্টল করা হয়েছিল।
লেজারের আবিষ্কারটি ত্রি-মুখী দৌড়ের জন্ম দিয়েছে
লেজারের মূল ধারণাটি ১৯১17 সালের, যখন অ্যালবার্ট আইনস্টাইন "উদ্দীপিত নির্গমন" তত্ত্বের প্রস্তাব করেছিলেন। বিজ্ঞানীরা ইতিমধ্যে জানতেন যে ইলেক্ট্রনগুলি স্বতঃস্ফূর্তভাবে আলো শোষণ করতে এবং নির্গত করতে পারে তবে আইনস্টাইন ভেবেছিলেন যে তারা নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যে নির্গত হওয়ার জন্য হেরফের হতে পারে। ইঞ্জিনিয়ারদের তাঁর তত্ত্বকে বাস্তবে রূপান্তর করতে কয়েক দশক সময় লেগেছিল।
1940 এর দশকের শেষের দিকে, পদার্থবিদরা দ্বিতীয় বিশ্বযুদ্ধের মার্কিন সামরিক বাহিনী দ্বারা ব্যবহৃত ভ্যাকুয়াম টিউবগুলির নকশা উন্নত করার জন্য কাজ করছিলেন সংকেতগুলি প্রশস্ত করে শত্রু বিমানগুলি সনাক্ত করতে। এর মধ্যে একজন ছিলেন চার্লস টাউনস, নিউ জার্সির মারে হিলের বেল ল্যাবসের গবেষক। তিনি গ্যাস অণুযুক্ত একটি গহ্বরের মাধ্যমে বৈদ্যুতিন চৌম্বকীয় তরঙ্গের মরীচি দিয়ে আরও শক্তিশালী পরিবর্ধক তৈরির প্রস্তাব করেছিলেন। তরঙ্গটি তরঙ্গের মতো একই গতিতে শক্তি ছেড়ে দেওয়ার জন্য গ্যাসের পরমাণুগুলিকে উত্সাহিত করবে, শক্তি উত্পন্ন করে যা এটি গহ্বরকে আরও শক্তিশালী মরীচি হিসাবে ছেড়ে চলে যেতে পারে।
১৯৫৪ সালে, কলম্বিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের পদার্থবিজ্ঞানের অধ্যাপক টাউনস এমন একটি ডিভাইস আবিষ্কার করেছিলেন যা তাকে "ম্যাসার" (রেডিয়েশনের উদ্দীপনা নির্গমনের প্রশস্তকরণের জন্য সংক্ষিপ্ত) নামে পরিচিত) একটি ডিভাইস আবিষ্কার করেছিলেন। এটি লেজারের একটি গুরুত্বপূর্ণ অগ্রদূত হিসাবে প্রমাণিত হয়েছিল।
আমেরিকান ফিজিক্যাল সোসাইটি দ্বারা প্রকাশিত একটি নিবন্ধ অনুসারে অনেক তাত্ত্বিক টাউনসকে বলেছিলেন যে তার ডিভাইসটি কখনই কাজ করবে না। একবার এটি কাজ করার পরে, অন্যান্য গবেষকরা দ্রুত এটি অনুলিপি করে বিভিন্নতা আবিষ্কার করতে শুরু করেছিলেন, নিবন্ধটি জানিয়েছে।
টাউনস এবং অন্যান্য প্রকৌশলীরা ভেবেছিলেন যে তারা এমন একটি ম্যাসারের একটি অপটিক্যাল সংস্করণ তৈরি করতে পারে যা উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি শক্তিকে ব্যবহার করে আলোর মরীচি তৈরি করতে পারে। এই জাতীয় ডিভাইসটি মাইক্রোওয়েভের চেয়ে আরও শক্তিশালী একটি মরীচি উত্পাদন করতে পারে তবে এটি ইনফ্রারেড থেকে দৃশ্যমান আলো পর্যন্ত বিভিন্ন তরঙ্গদৈর্ঘ্যে আলোর মরীচি তৈরি করতে পারে। 1958 সালে, টাউনস "লেজার" এর একটি তাত্ত্বিক ওভারভিউ প্রকাশ করেছিল।
"এটি আশ্চর্যজনক যে উত্তর -পূর্ব আমেরিকা যুক্তরাষ্ট্রের এই তিনটি সংস্থা 62 বছর আগে আমাদের এখন এবং ভবিষ্যতে এই সমস্ত ক্ষমতা সরবরাহ করেছিল।"
বেশ কয়েকটি দল ডিভাইসটি তৈরির জন্য একসাথে কাজ করেছিল এবং ১৯60০ সালের মে মাসে ক্যালিফোর্নিয়ার মালিবুতে হিউজেস রিসার্চ ল্যাবরেটরির গবেষক থিওডোর মাইমন প্রথম কার্যকারী লেজার তৈরি করেছিলেন। তিন মাস পরে, মাইমন আবিষ্কারটি বর্ণনা করে জার্নাল জার্নালে একটি কাগজ প্রকাশ করেছিলেন, একটি উচ্চ-শক্তিযুক্ত প্রদীপ যা দুটি আয়নার মতো রৌপ্য পৃষ্ঠের মধ্যে রাখা একটি রুবি রডের উপরে আলো জ্বলেছিল। পৃষ্ঠ দ্বারা গঠিত অপটিক্যাল গহ্বরের দোলক রুবি ফ্লুরোসেন্স দ্বারা উত্পাদিত আলো আইনস্টাইনের উদ্দীপিত নির্গমন উপলব্ধি করে।
বেসিক লেজারগুলি এখন একটি বাস্তবতা ছিল। ইঞ্জিনিয়াররা দ্রুত বিভিন্ন মডেল ডিজাইন করা শুরু করে।
সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলির সম্ভাবনা সম্পর্কে অনেকে সম্ভবত সবচেয়ে উচ্ছ্বসিত ছিলেন। সেমিকন্ডাক্টর উপকরণগুলি সঠিক অবস্থার অধীনে বিদ্যুৎ পরিচালনার জন্য হেরফের করা যেতে পারে। মূলত, সেমিকন্ডাক্টর উপকরণ থেকে তৈরি লেজারগুলি লেজার-লাইট উত্স এবং পরিবর্ধক, লেন্স এবং আয়না-মাইক্রোমিটার-আকারের ডিভাইসের জন্য প্রয়োজনীয় সমস্ত উপাদানগুলির সাথে ফিট করতে পারে।
ইঞ্জিনিয়ারিং অ্যান্ড টেকনোলজির ইতিহাস উইকিপিডিয়া অনুসারে, "এই আকাঙ্ক্ষিত সম্পত্তিগুলি শাখাগুলি জুড়ে বিজ্ঞানী এবং প্রকৌশলীদের কল্পনা ধারণ করেছিল।"
1962 সালে, এক জোড়া গবেষক আবিষ্কার করেছিলেন যে একটি বিদ্যমান উপাদান একটি দুর্দান্ত লেজার সেমিকন্ডাক্টর: গ্যালিয়াম আর্সেনাইড।
গ্যালিয়াম আর্সেনাইড অর্ধপরিবাহী লেজারগুলির জন্য একটি আদর্শ উপাদান
জুলাই 9, 1962-এ, এমআইটি লিংকন ল্যাবরেটরি গবেষক রবার্ট কেইস এবং থিওডোর কুইস্ট সলিড-স্টেট ডিভাইস রিসার্চ কনফারেন্সে শ্রোতাদের সামনে ঘোষণা করেছিলেন যে তারা একটি পরীক্ষামূলক অর্ধপরিবাহী লেজার বিকাশ করছেন, আইইইই সহকর্মী পল ডব্লু জুডলকিস আইইইই মাইলস্টোন-এ এক ভাষণ চলাকালীন বলেছিলেন এমআইটিতে উন্মোচন অনুষ্ঠান। জুডলকিস এমআইটি লিংকন ল্যাবরেটরিতে কোয়ান্টাম ইনফরমেশন এবং ইন্টিগ্রেটেড ন্যানোসিস্টেমস গ্রুপের পরিচালক ছিলেন।
জুডলকিস বলেছিলেন, সেই সময়ে লেজারগুলি এখনও একটি সুসংগত মরীচি নির্গত করতে সক্ষম হয় নি, তবে কাজটি দ্রুত অগ্রসর হচ্ছিল, জুডলকিস বলেছিলেন। জুডলকিস এবং কুইস্টার তখন শ্রোতাদের স্তম্ভিত করে: তারা দেখাতে পারে যে তারা বলেছিল যে প্রায় 100 শতাংশ বৈদ্যুতিক শক্তি গ্যালিয়াম আর্সেনাইড সেমিকন্ডাক্টরে ইনজেকশনের ফলে আলোকে রূপান্তরিত হতে পারে।
এর আগে আর কেউ এমন দাবি করেনি। শ্রোতারা অবিশ্বাসের মধ্যে ছিল এবং তাদের অবিশ্বাস ভাগ করা হয়েছিল।
"জুডলকিসের আলাপ শেষে একজন শ্রোতা সদস্য উঠে দাঁড়িয়ে বললেন, 'ভাল, এটি থার্মোডাইনামিক্সের দ্বিতীয় আইন লঙ্ঘন করে," "জুডলকিস বলেছিলেন।
হাসিতে শ্রোতারা ফেটে গেল। তবে নিউইয়র্কের শেনেকটাডির জেনারেল ইলেকট্রিক রিসার্চ ল্যাবরেটরিজের অর্ধপরিবাহী বিশেষজ্ঞ পদার্থবিজ্ঞানী রবার্ট এন। হল তাদের নিঃশব্দ করেছেন।
"বব হল বেরিয়ে এসে ব্যাখ্যা করেছিলেন যে এটি কেন দ্বিতীয় আইন লঙ্ঘন করে না," জুডলকিস বলেছিলেন। "এটি একটি সংবেদন ছিল।"
একাধিক দল একটি ওয়ার্কিং সেমিকন্ডাক্টর লেজার বিকাশের জন্য দৌড়াদৌড়ি করেছিল এবং বিজয়ী কয়েক দিনের মধ্যে এসেছিল।
সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলি তরল নাইট্রোজেন দ্বারা ভরা একটি কাচের পাত্রে স্থগিত ক্ষুদ্র অর্ধপরিবাহী স্ফটিক দিয়ে তৈরি, যা ডিভাইসটিকে শীতল রাখতে সহায়তা করে।
হল জিই -তে ফিরে এসে জুডলকিস এবং কুইস্টের উপস্থাপনা দ্বারা অনুপ্রাণিত হয়ে নিশ্চিত হয়ে উঠেছে যে তিনি একটি দলকে দক্ষ, কার্যকর গ্যালিয়াম আর্সেনাইড লেজার তৈরি করতে নেতৃত্ব দিতে পারেন। তিনি ইতিমধ্যে সেমিকন্ডাক্টরগুলির সাথে কাজ করে বছর কাটিয়েছিলেন, তথাকথিত "পিন" ডায়োড রেকটিফায়ার আবিষ্কার করেছিলেন।
রেকটিফায়ার, যা খাঁটি জার্মিয়াম দিয়ে তৈরি স্ফটিক ব্যবহার করে, একটি অর্ধপরিবাহী উপাদান, বিকল্প বর্তমানকে সরাসরি বর্তমান-একটি মূল বিকাশে রূপান্তর করতে পারে শক্তি সংক্রমণের জন্য সলিড-স্টেট সেমিকন্ডাক্টরগুলিতে।
এই অভিজ্ঞতাটি অর্ধপরিবাহী লেজারগুলির বিকাশকে ত্বরান্বিত করেছে। হল এবং তার দল "পিন" রেকটিফায়ারের মতো একটি ডিভাইস ব্যবহার করেছে। They built a diode laser that produced coherent light from a gallium arsenide crystal one-third of a millimeter in size, sandwiched in a cavity between two mirrors so that the light bounced back and forth repeatedly. আবিষ্কারের সংবাদ প্রকাশিত হয়েছিল 1 নভেম্বর, 1962 শারীরিক পর্যালোচনা চিঠিগুলির সংখ্যায়।
হল এবং তার দল যেমন কাজ করেছিল, তেমনি নিউ ইয়র্কের ইয়র্কটাউন হাইটসের ওয়াটসন রিসার্চ সেন্টারে গবেষকরাও করেছিলেন। ইথডাব্লু অনুসারে, ১৯62২ সালের ফেব্রুয়ারিতে, মার্শাল আই নাথন, একজন আইবিএম গবেষক যিনি এর আগে গ্যালিয়াম আর্সেনাইডে কাজ করেছিলেন, তিনি তার বিভাগের প্রধান থেকে একটি কাজ পেয়েছিলেন: প্রথম গ্যালিয়াম আর্সেনাইড লেজার তৈরির জন্য।
নাথান গবেষকদের একটি দলের নেতৃত্ব দিয়েছেন যার মধ্যে উইলিয়াম পি তারা অক্টোবরে টাস্কটি সম্পন্ন করে এবং ফলিত পদার্থবিজ্ঞানের চিঠিতে তাদের কাজের রূপরেখার একটি কাগজ হস্তান্তর করেছিলেন, যা এটি 4 অক্টোবর, 1962 এ প্রকাশ করেছিল।
এমআইটির লিংকন ল্যাবরেটরিতে কুইস্ট, জুডলকিস এবং তাদের সহকর্মী রবার্ট রেডডিক ফলিত পদার্থবিজ্ঞানের চিঠির ইস্যুতে 5 নভেম্বর, 1962 সালে ফলাফলের কথা জানিয়েছেন।
এটি এত তাড়াতাড়ি ঘটেছিল যে নিউইয়র্ক টাইমসের একটি নিবন্ধ "বিস্ময়কর কাকতালীয় কাকতালীয়" দেখে অবাক হয়েছিল, উল্লেখ করে যে আইবিএম কর্মকর্তারা জিইর সাফল্য সম্পর্কে জানে না যতক্ষণ না জিই একটি সংবাদ সম্মেলনে আমন্ত্রণ না পাঠিয়েছিল।
তিনটি সংস্থা এখন তাদের কাজের জন্য আইইইই দ্বারা সম্মানিত হয়েছে। "সম্ভবত সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলি যোগাযোগের ক্ষেত্রে তাদের সবচেয়ে বড় প্রভাব ফেলেছে," একটি এথডাব্লু নিবন্ধ লিখেছিল। "প্রতি সেকেন্ডে, অর্ধপরিবাহী লেজারগুলি নিঃশব্দে মানব জ্ঞানের যোগফলকে আলোর মধ্যে এনকোড করে, এটি মহাসাগর এবং স্থান জুড়ে প্রায় তাত্ক্ষণিকভাবে ভাগ করে নিতে সক্ষম করে।"
এমআইটির একজন মুখপাত্র টাইমসকে বলেছিলেন যে জিই তার নিজের দলের আগে "কয়েক দিন বা এক সপ্তাহ" এর সাফল্য অর্জন করেছে। আইবিএম এবং জিই উভয়ই অক্টোবরে মার্কিন পেটেন্টগুলির জন্য আবেদন করেছিল এবং উভয়ই শেষ পর্যন্ত মঞ্জুর করা হয়েছিল।
লিংকন ল্যাবরেটরি অনুষ্ঠানে, জিউডার্কিস উল্লেখ করেছেন যে প্রতিবার আপনি যখন "ফোন কল করুন" বা "গুগল সিলি ক্যাট ভিডিওগুলি", আপনি একটি অর্ধপরিবাহী লেজার ব্যবহার করছেন।
"আমরা যদি বিস্তৃত বিশ্বের দিকে নজর রাখি," তিনি বলেছিলেন, "সেমিকন্ডাক্টর লেজার সত্যই তথ্যের যুগের অন্যতম ভিত্তি।"
তিনি ১৯63৩ টাইম ম্যাগাজিনের নিবন্ধের একটি উদ্ধৃতি দিয়ে তাঁর বক্তব্যটি শেষ করেছিলেন: "যদি বিশ্বকে হাজার হাজার বিভিন্ন টেলিভিশন প্রোগ্রামের মধ্যে বেছে নিতে হয়, তবে তাদের ক্ষুদ্র ইনফ্রারেড বিমের সাথে কয়েকটি ডায়োডগুলি একই সাথে সমস্ত নির্বাচন করতে পারে।"
এটি ছিল "সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলির পূর্বসূরী," জিউডার্কিস বলেছিলেন। "উত্তর -পূর্বের এই তিনটি সংস্থা 62 বছর আগে আমাদের এখন এবং ভবিষ্যতে এই সমস্ত ক্ষমতা দেওয়ার জন্য 62 বছর আগে কী করেছিল তা আশ্চর্যজনক।"
জেনারেল ইলেকট্রিক, ওয়াটসন রিসার্চ সেন্টার এবং লিংকন ল্যাবরেটরি এখন প্রযুক্তিটিকে সম্মান জানিয়ে ফলকগুলি প্রদর্শন করে। তারা পড়েছে:
১৯62২ সালের শুরুর দিকে, সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলির প্রথম বিক্ষোভগুলি যথাক্রমে জেনারেল ইলেকট্রিকের শেনেকটাডি এবং সিরাকিউজ প্ল্যান্টস, আইবিএমের টমাস জে ওয়াটসন রিসার্চ সেন্টার এবং এমআইটির লিংকন ল্যাবরেটরি দ্বারা রিপোর্ট করা হয়েছিল। ভাতের শস্যের চেয়ে ছোট, সরাসরি বর্তমান ইনজেকশন দ্বারা চালিত এবং আল্ট্রাভায়োলেট থেকে ইনফ্রারেড পর্যন্ত তরঙ্গদৈর্ঘ্য সহ, অর্ধপরিবাহী লেজারগুলি আধুনিক যোগাযোগ, ডেটা স্টোরেজ এবং নির্ভুলতা পরিমাপ সিস্টেমগুলিতে সর্বব্যাপী।
