那是發(fā)生在20世紀70年代的一樁小事，已經(jīng)鮮為人知。我猜想她們一定是閱讀了已故鄧錫銘院士主編的《中國激光史概要》一書，該書第95頁載有“氟原子激光新譜線”一項，登載了我們小組1977年5月份的工作：實驗采用布魯林型快放電裝置，充氣NF3和He，在激光諧振腔作用下，實現(xiàn)了氟原子激光躍遷，波長分別為623.97 nm、634.85 nm和641.36 nm。概要指出：“這是我國首次獨自發(fā)現(xiàn)的激光新譜線”。
自美國人梅曼以氙燈抽運紅寶石首次實現(xiàn)激光振蕩之后，六七十年代國際激光領(lǐng)域十分活躍，發(fā)現(xiàn)能產(chǎn)生受激光發(fā)射的物質(zhì)越來越多，工作介質(zhì)包括固體、液體、氣體和等離子體，材料涉及晶體、玻璃、半導體、有機螯合物、染料、惰性氣體、金屬蒸氣、分子氣體、準分子氣體……抽運方式有放電、氙燈抽運、氣體動力學、化學反應、太陽能、爆炸乃至核反應等方案。當時有人調(diào)侃：“隨便找種什么東西來打打，說不定都會打出激光。”（“打打”，指激發(fā)、抽運）
可是在那段時期，我國雖然有許多的國家級和地方的專業(yè)研究所，許多大學也有激光專業(yè)，但大多著重激光的應用開發(fā)和相關(guān)的工藝技術(shù)，缺乏基礎(chǔ)性的探索工作，對創(chuàng)新性不夠重視。正是在這樣的時代背景下，我們小組發(fā)現(xiàn)了一組未見報導的氟原子激光譜線，躋身于新激光譜線發(fā)現(xiàn)者的行列。物以稀為貴，便有幸在中國激光發(fā)展歷史中留下一個小小的印記。
意外的收獲
我們的發(fā)現(xiàn)，可以說是出于偶然，因為我們小組的工作任務并不是查找新的激光躍遷；但也不是純粹的偶然，因為小組的目標是尋找激光的新途徑，而為了弄清楚新譜線的來龍去脈，我們付出了不少努力。故事還要重頭說起。
中科院上海光機所于1964年建所，中心任務是研制強激光，習慣稱大能量激光器，主攻路線為氙燈抽運釹玻璃，經(jīng)過十年的奮斗，研制出規(guī)模與水平當時位居國際前列的大能量釹玻璃器件。但是大量的實驗結(jié)果與分析表明，受到抽運方式和工作物質(zhì)特性的限制，器件的總體效率偏低，輸出光束的亮度較差，玻璃的激光能量負載不夠大，這條路線難以達到最終目標。到了文化大革命結(jié)束不久，玻璃大能量的工作便告終止。
工作有了新的安排，我們有些人便組織起“新途徑探索”研究小組，希望東邊不亮西邊亮，尋找出返往應用的激光新途徑、新體系。既然氙燈抽運固體或玻璃有困難，我們便瞄準放電激發(fā)氣體的體系。當時準分子剛嶄露頭角，我們便決定騎驢找馬，抱著“即使做不成大能量，也能做出新激光器”的宗旨，立即動手，自力更新，從頭做起。
當時是計劃經(jīng)濟，市場不發(fā)達，做科研大多數(shù)都是自己動手，土法上馬。科研人員除了讀書做實驗外，還必須會做各種活。
我們要建立一個小小的氣體激光實驗室，幾個人就忙于以下各種事務：
1）搬鋼瓶，找氣體，在室外搭建小房子存放充有高壓氣體的鋼瓶；
2）搭排氣臺，建立可以定量存放各種氣體的氣路，我們小組成員中有人會玻璃細工，自己能連接玻璃管道；
3）制作電源，做放電室和腔體，除了繪圖外，經(jīng)常要跑車間，或看加工，或與師傅商量工藝（例如電鍍），好在當時實驗室與工廠車間同在一個大院，跑起來很方便。
我們的首選目標是XeF準分子體系，要有NF3、Xe和He氣，后兩種屬常用氣體，可以訂貨。但前者是有毒的氟化物，必須通過與中科院有機所實驗工廠協(xié)作生產(chǎn)。幸好我們大組里有一位化學專業(yè)的同事，由他專門負責與工廠合作，經(jīng)常奔走于市區(qū)內(nèi)外。
激光器主體為布魯林放電裝置，這是一種業(yè)余工作者也能制作的快放電設(shè)施，以前常用于氮激光，其特點是一對長約0.5 m的銅制楔形電極，刀口間距約為2 cm，儲能電容和形成電容均為分布參量平板電容，球隙作放電開關(guān)。
自己動手搭建裝置，費時費力，但也有好處：一是熟悉器件各個環(huán)節(jié)，出現(xiàn)問題知道如何解決；二是自己會修理，敢于做各種條件的實驗。
我們知道，XeF激光波長為351 nm，屬于眼睛看不見的近紫外波段。紫外線照射到白紙上會激發(fā)出淡藍色的熒光。整個實驗裝置中制作最簡便的要算激光的觀察“設(shè)備”——一個紙屏！而我們激光的小發(fā)現(xiàn)正是在小紙屏上開始的。
熟知的氮分子激光也是紫外輻射。裝置做好后，首先充氮氣作為介質(zhì)，調(diào)整各個部件，使氮激光達到最佳輸出狀態(tài)，即紙屏上藍光坊圖最完整、最亮。
然后進入正式的程序：抽空，排氣，按不同成分比充入NF3、Xe和He，充電、放電、調(diào)節(jié)脈沖放電重復頻率，在反反復復多次操作后，終于在紙屏上看到淡淡的藍色熒光，我們成功實現(xiàn)XeF準分子激光振蕩了！
在XeF激光調(diào)試中，在紙屏上我們時常會看到淡淡的紅色光斑，即使不出現(xiàn)藍光，有時也有紅光，它的顏色很接近He-Ne激光。后者的波長為632.8 nm，是Ne的譜線，與He無關(guān)。我們查閱XeF激光有關(guān)的文獻，沒有提到它有紅光輸出。
紅光來自何方
我們注意到，工作室不充Xe，紅光也會出現(xiàn)。由此可推算紅光來自氟元素的可能性最大。但查閱資料卻找不到氟原子或氟分子出激光的報道。順便在此說說，20世紀70年代中期，中國尚未進入改革開放，狀態(tài)比較封閉，到圖書館或情報室查資料，絕大部分外國的學術(shù)雜志是影印本，消息大都滯后一年半載以上。
我們決定自己動手搞清楚紅光是不是氟原子或氟分子的受激躍遷。主要做3件事：測波長、能級確定和激光實驗。
測波長
現(xiàn)在儀器的智能化程度高，做光譜分析很方便，但幾十年前標光光譜頗費周折：搬運笨重的1 m光柵光譜儀，散開在一個大桌子上的激光器統(tǒng)調(diào)光路，調(diào)整譜儀；尋找相應波段范圍的標定用光譜燈；訂感光干極和顯影藥品；修理簡陋的暗房，設(shè)法借來顯微閱讀機等。
經(jīng)過嚴謹?shù)牟僮?，最終測到的結(jié)果是3支譜線，分別為：623.97 nm、634.85 nm（強）和641.36 nm（弱），精度為±0.03 nm。
能級確定
有了光譜數(shù)據(jù)，便緊張地抱來權(quán)威的原子光譜手冊。這是“揭開謎底的時刻”， 是活學活用原子光譜學的時刻。
經(jīng)查對，氟原子有3P4S-3S4P的一組躍遷，正好與我們的測定值吻合。
激光實驗
我們加工了穩(wěn)定型平凹腔（R∞， R3m）在此諧振腔下。激光光束發(fā)散角約5-6 mrad。雖然方向性不是很好，但明顯受諧振腔約束，屬于受激輻射。
改變氣壓、電壓裝置，改變放電重復率，變化腔參數(shù)，觀察相應的激光輸出，在此基礎(chǔ)初步了解了激光的動力學過程。
至此可以充分肯定，在我們實驗室發(fā)現(xiàn)了一組來自上能級3P4S0的三支氟原子激光譜線。但激光輸出不算強，在理論上其量子效率只有13%，不算高，而且容易形成超輻射。
從我們小組尋找新途徑的要求來看，氟原子體系不是理想的候選者，工作做到此便告一段落了。
氟原子激光譜線是上千譜線大海中的一點，氟原子激光器也正如我們當時預想那樣，沒有成為常用器件。我們當時的努力已成為塵封的小小故事。不過，發(fā)現(xiàn)有大有小，意義有深有淺，我們的經(jīng)歷給人一種信念，即只要積極實踐，勤于思考和學習，認真地觀察各種現(xiàn)象，總會有所發(fā)現(xiàn)，有所前進。哪怕是小小的發(fā)現(xiàn)，即使不算什么成就，也可以鼓舞別人、鼓舞自己。到晚年回想起來，還可以感受到一點點正能量。
作者簡介：
梁培輝，退休研究員。1939年出生于廣東，1963年從清華大學無線電電子學系畢業(yè)后進入中科院長春光機所，次年隨遷至上海，此后一直在中科院上海光機所從事激光與光電子學的研究與開發(fā)。上世紀作為洪堡學者在1979—1980年，1987—1988年期間在聯(lián)邦德國馬普學會的研究所進行訪問研究。
主要研究經(jīng)歷：大型釹玻璃激光器、工程用銅蒸氣激光與光學系統(tǒng)的研制、激光參數(shù)測量、激光光譜、薄膜表面的表面測量、激光表演與光學景觀的技術(shù)開發(fā)。
曾獲得中國專利發(fā)明創(chuàng)造金獎、國家技術(shù)發(fā)明獎三等獎、中科院技術(shù)進步獎一等獎等獎項，享受國務院政府特殊津貼，被評為中科院先進工作者。
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