لیزر یاقوت
تاریخچه

لیزر یاقوتی اولین لیزری بود که کاربردی شد. این لیزر توسط تئودور میمن در سال ۱۹۶۰ ساخته شد، این دستگاه از طریق مدل مفهومی یک «میزر نوری» به وجود آمد، یک میزر که می‌توانست در نواحی طیف مرئی یا مادون قرمز کار کند.
در سال ۱۹۵۸، بعد از این که مخترع میزر، چارلز تاونز، و همکار وی، آرتور شاولو، مقاله‌ای را در زمینه بررسی فیزیکی در مبحث ایده میزرهای نوری منتشر کردند، رقابت برای ساختن یک مدل عمل کننده آغاز شد. یاقوت سرخ با موفقیت در میزرها مورد استفاده قرار گرفت، بنابراین اولین انتخاب به عنوان یک رسانهٔ ممکن بود. میمن هنگام شرکت در یک کنفرانس در سال ۱۹۵۹، به یک سخنرانی از شاولو گوش فرا داد، که این سخنرانی توصیف استفاده از یاقوت به عنوان یک ماده ناحیه لیزر بود. شاولو اظهار داشت که یاقوت صورتی، اگر دارای کمترین سطح انرژی که بسیار نزدیک به حالت اساسی است باشد برای کاربرد لیزر به انرژی پمپاژ زیادی نیاز دارد و یاقوت قرمز را به عنوان گزینه جایگزین پیشنهاد کرد. میمن که سال‌ها با یاقوت سرخ کار کرده و مقاله‌ای در مورد فلورسانس یاقوت نگاشته‌است، احساس کرد که شوالو «بیش از حد بدبین» است. اندازه‌گیری‌های وی نشان داد که کم‌ترین سطح انرژی یاقوت صورتی با پمپاژ با یک منبع نور بسیار شدید می‌تواند حداقل تا حدی تخلیه شود و از آنجا که یاقوت به راحتی در دسترس بود، وی تصمیم گرفت به هر حال آن را امتحان کند.
گوردون گولد نیز در این کنفرانس حضور داشت. گولد پیشنهاد کرد که با تکان دادن لیزر، حداکثر توان خروجی به بزرگی یک مگاوات می‌تواند تولید شود.
با گذشت زمان، بسیاری از دانشمندان در مورد مفید بودن هر رنگی از یاقوت به عنوان یک ناحیه لیزر شک کردند. میمن نیز شک و تردیدهای خود را احساس کرد، اما چون بسیار «فرد بااراده» ای بود، به‌طور مخفیانه روی پروژه خود کار می‌کرد. او در جستجوی این بود که یک منبع نوری پیدا کند که برای پمپاژ میله به اندازه کافی شدید باشد به علاوهٔ یک حفره پمپاژ بیضوی با بازتاب بالا، تا انرژی را به داخل میله هدایت کند. او منبع نور خود را هنگامی یافت که یک فروشنده از شرکت جنرال الکتریک چند لامپ فلاش زنون به او نشان داد و ادعا کرد که بزرگترین آن‌ها در صورت قرار گرفتن در نزدیکی لوله می‌تواند پشم فولاد را مشتعل کند. میمن متوجه شد که، با چنین شدتی، به حفره پمپاژی با بازتابندگی چنین زیادی احتیاج ندارد و با چراغ مارپیچ، به بیضوی شکل بودن آن احتیاجی نخواهد داشت. میمن لیزر یاقوت خود را در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی هیوز، در مالیبو، کالیفرنیا ساخت. او از یک میله یاقوت صورتی به اندازه ۱ سانتی‌متر در ۱٫۵ سانتی‌متر استفاده کرد و در ۱۶ مه ۱۹۶۰، دستگاه را شلیک کرد و منجر به تولید اولین پرتو نور لیزر شد.
لیزر یاقوتی اصلی تئودور میمن هنوز عمل می‌کند. این دستگاه در ۱۵ مه ۲۰۱۰ در یک نشست هم‌اندیشی توسط بنیاد یادبود دکتر تئودور میمن و دانشگاه سایمون فریزر در ونکوور، بریتیش کلمبیا به نمایش درآمد، جایی که دکتر میمن استاد راهنما در دانشکدهٔ علوم مهندسی بود. لیزر اصلی میمن به سمت یک صفحه پروژکتور در یک اتاق تاریک شلیک شد. در مرکز یک فلاش سفید (نشت از لامپ فلاش زنون)، برای مدت کوتاهی یک لکه قرمز دیده می‌شد.
لیزرهای یاقوتی یک پالس واحد تحویل نمی‌دهند، بلکه یک سری پالس را تحویل می‌دهند که شامل یک سری خوشه‌های نامنظم در طول پالس است. در سال ۱۹۶۱، رابرت هلوارث یک مدل از سوئیچ q را اختراع کرد تا خروجی را به یک پالس واحد متمرکز کند.
در سال ۱۹۶۲، ویلارد بویل، که در آزمایشگاه‌های بل کار می‌کرد، اولین خروجی پیوسته را از لیزر یاقوت تولید کرد. بر خلاف روش معمول پمپاژ کناری، نور لامپ قوس جیوه به انتهای یک میله بسیار کوچک پمپ می‌شد تا وارونگی جمعیت لازم حاصل شود. لیزر یک موج پیوسته منتشر نمی‌کند، بلکه یک قطار پیوسته از پالس‌ها را ایجاد می‌کند، که به دانشمندان این فرصت را می‌دهد تا میزان خروجی یاقوت سرخ را مطالعه کنند. لیزر یاقوتی پیوسته اولین لیزر مورد استفاده در پزشکی بود. این روش توسط لئون گلدمن، یکی از پیشگامان عرصه پزشکی لیزری، برای درمان‌هایی نظیر پاک کردن خال‌کوبی، درمان جای زخم و ترغیب بهبودی استفاده شد. به دلیل محدودیت در توان خروجی، قابلیت تنظیم و عوارض در کارکرد و خنک سازی واحدها، لیزر یاقوتی پیوسته خیلی زود با لیزرهای رنگی متنوع تر، Nd: YAG و آرگون جایگزین شد.
یک میله لیزر یاقوت. پی‌نوشت: نمای درونی میله کاملاً شفاف است
عبور یاقوت در طیف‌های نوری و نزدیک به مادون قرمز. به دو نوار جذب وسیع آبی و سبز و باند جذب باریک در ۶۹۴ نانومتر توجه کنید که طول موج لیزر یاقوت است.
لیزر یاقوتی اصلی میمن
اجزای لیزر یاقوت اصلی
تپانچه لیزری یاقوت ساخته شده توسط استاد فیزیک دانشگاه استنفورد در سال ۱۹۶۴ برای نشان دادن لیزر به کلاس‌های خود. بدنه پلاستیکی بازیافت شده از سلاح کمری اسباب بازی حاوی یک میله یاقوت بین دو لوله شیشه‌ای (سمت راست) بود. پالس نور قرمز منسجم به اندازه کافی قوی بود که بتواند بادکنک‌های آبی رنگ را بترکاند (در سمت چپ نشان داده شده‌است) اما نه بالن‌های قرمز که نور را منعکس می‌کنند.