激光器是20世紀(jì)以來(lái)繼核能、電腦、半導(dǎo)體之后,人類(lèi)的又一重大發(fā)明,其產(chǎn)生的激光輻射被稱(chēng)為“最快的刀”“最準(zhǔn)的尺”“最亮的光”。現(xiàn)如今,在醫(yī)療、軍工、通信等各個(gè)領(lǐng)域,都有激光器存在的身影。
激光器的發(fā)明,傾注了無(wú)數(shù)科學(xué)家的努力與艱辛。
早在1917年,愛(ài)因斯坦發(fā)表的關(guān)于輻射量子理論的論文里首次提出“受激輻射”的概念,這奠定了激光的理論基礎(chǔ)。
然而在當(dāng)時(shí),激光存在的理論雖然被提出,實(shí)現(xiàn)起來(lái)卻很困難。到了20世紀(jì)50年代,隨著光子和微波技術(shù)的發(fā)展,發(fā)明一種能產(chǎn)生可控制光波的振蕩器被提上日程,這就是今天所說(shuō)的激光器。一時(shí)間,各國(guó)科學(xué)家開(kāi)始了一場(chǎng)激烈的發(fā)明爭(zhēng)奪戰(zhàn)。
首先站出來(lái)的是美國(guó)科學(xué)家查爾斯·湯斯,他在1954年成功研制了世界上第一臺(tái)微波激射器。
不久后,他的妹夫肖洛也加入其中。他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),利用分子或原子體系的受激輻射原理研制出的放大器和振蕩器,在原理上可以推廣到紅外、可見(jiàn)光和更短波段,產(chǎn)生很好的相干輻射。隨后,他們?nèi)硇牡赝度氲郊t寶石晶體的研究中,并認(rèn)為在紅寶石中一定能夠產(chǎn)生激光。
與此同時(shí),蘇聯(lián)的科學(xué)家們也在緊鑼密鼓地進(jìn)行著相關(guān)研究??茖W(xué)家普羅霍洛夫和巴索夫聯(lián)手推出了半導(dǎo)體激光器的具體設(shè)計(jì)方案,列別捷夫物理研究所也在嘗試用半導(dǎo)體材料作為介質(zhì)來(lái)制造激光器。
就在這場(chǎng)世紀(jì)之爭(zhēng)進(jìn)行到白熱化時(shí),美國(guó)物理學(xué)家梅曼出現(xiàn)在眾人的視野。梅曼大學(xué)畢業(yè)后到休斯公司研究所,從事紅寶石微波放大器的研究。他對(duì)紅寶石微波放大器進(jìn)行改造,使得其性能大為改善,體積變得更小。
1960年5月,梅曼終于獲得了波長(zhǎng)為0.6943微米的激光。這是人類(lèi)有史以來(lái)獲得的第一束激光。
激光的發(fā)現(xiàn),在近現(xiàn)代光學(xué)領(lǐng)域開(kāi)辟了一片新天地。而梅曼經(jīng)過(guò)不懈努力,最終成為了這場(chǎng)世紀(jì)之爭(zhēng)的贏家。1960年7月,梅曼制成了第一臺(tái)以紅寶石為光源的量子放大器,也就是第一臺(tái)激光器,他因此成為世界上第一個(gè)將激光引入實(shí)用領(lǐng)域的科學(xué)家。
從那以后,激光技術(shù)不斷創(chuàng)新,各種各樣的激光器如雨后春筍般相繼出現(xiàn)。
1965年,第一臺(tái)可產(chǎn)生大功率激光的器件——二氧化碳激光器誕生;1967年,第一臺(tái)X射線(xiàn)激光器研制成功;1997年,美國(guó)麻省理工學(xué)院的研究人員研制出第一臺(tái)原子激光器……
在應(yīng)用方面,激光已經(jīng)飛入了平常百姓家。其最常見(jiàn)的用途就是運(yùn)用于光纖通信,激光可以用來(lái)作為光纖通信的載波,很大程度上解決了過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間困擾研究人員的光源問(wèn)題。
今后,隨著人類(lèi)對(duì)激光技術(shù)的進(jìn)一步研究和發(fā)展,激光器的性能將進(jìn)一步提升,成本也將進(jìn)一步降低,其應(yīng)用范圍將持續(xù)擴(kuò)大,并發(fā)揮出越來(lái)越大的作用。(宋 琢 李雅楠)
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