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激光器
探究激光起源:全球一半先進技術(shù)竟離不了它
星之球激光 來源:光學期刊網(wǎng)2015-12-02 我要評論(0 )
如果沒有了激光,當今世界一半的先進技術(shù)將無法正常工作。但是,激光的發(fā)展過程會讓你吃驚不已?! ?/p>
如果沒有了激光,當今世界一半的先進技術(shù)將無法正常工作。但是,激光的發(fā)展過程會讓你吃驚不已。
激光是現(xiàn)代技術(shù)的基本構(gòu)造塊之一。說來也怪,當激光首次被提出來的時候,沒有人對激光有一個具體的概念認知,甚至有人認為激光完全是浪費時間。對于激光的存在,我們要感激一小群人,他們的想法和大眾不同,他們足夠聰明,能夠克服一切障礙促成激光的實現(xiàn)。
激光的起源
實際上,激光的歷史起源于愛因斯坦在1917年發(fā)布的一篇名為“輻射的量子理論”(The Quantum Theory of Radiation)的文章。根據(jù)普朗克輻射定律(Max Planck’s law of radiation),愛因斯坦從理論上說明了除了吸收光和自發(fā)發(fā)光外,電子可以通過刺激來發(fā)射特定波長的光。從而奠定了激光的理論基礎(chǔ)。
后來科學家們花了30多年才實現(xiàn)愛因斯坦的設(shè)想。1928年,德國物理學家魯?shù)婪?middot;拉登堡 (Rudolf Ladenburg)證明了激發(fā)輻射的存在;1939年,Valentin A. Fabrikant預測激發(fā)輻射可以用來放大較短可見波。直到1947年,美國科學家Willis E. Lamb和R.C. Retherford才首次證明了該現(xiàn)象的存在。
Maser的發(fā)明
在20世紀50年代初期,美國、歐洲以及蘇聯(lián)的物理學家正在努力嘗試將激發(fā)輻射用于實際用途,但是他們的第一個目標對象不是光而是微波輻射。1953年,哥倫比亞大學的Charles H. Townes以及他的研究生James P. Gordon和Herbert J. Zeiger發(fā)明了第一個Maser(microwave amplification by stimulated emission of radiation受激輻射微波放大器);該設(shè)備通過使用充滿活力的氨分子流受激輻射,進而產(chǎn)生電磁波相干波束。同時,在蘇維埃社會主義共和國聯(lián)盟(unio of Soviet Socialist Republics, USSR),蘇聯(lián)列別捷夫物理學研究所的尼古拉·巴索夫(Nikolay Basov)和普羅霍羅夫 (Aleksandr Prokhorov)也在研究他們自己的Maser技術(shù)。1952年在俄羅斯舉行的一次會議上,他們闡述了Maser技術(shù)原理;之后他們繼續(xù)進行研究,并提出了重大的改進,使得Maser技術(shù)更加實用有效。
從Maser到Laser的演變
在發(fā)明了maser之后,Townes和他的連襟肖洛 (Arthur Schawlow)開始在貝爾實驗室對紅外maser進行了認真研究,不久之后他們放棄了紅外波譜而開始專注可見光的發(fā)射。Townes稱之為光激射器。而同時,哥倫比亞大學的一位研究生正在撰寫一篇關(guān)于激發(fā)鉈能級的博士論文。Gould和Townes對輻射發(fā)射進行了討論之后,Gould在1957年記錄了他對激光(laser)的想法,提出了它(laser)的縮寫并描述了它(laser)的基本要素。Gould之后在一家名為TRG的私人研究公司工作,并于1958年繼續(xù)研究該項目,與在貝爾實驗室獨立工作的Townes和肖洛進行的工作相同。而與此同時,普羅霍羅夫和巴索夫也提出并研究了他們自己的光激射器設(shè)計。
我們可能永遠不會清楚到底是誰發(fā)明了激光器。Gould將他的研究發(fā)表在1959年發(fā)表的一篇論文上,并且通過TRG申請了核心技術(shù)專利。但是,在1960年,該專利被否認;Townes、肖洛以及貝爾實驗室獲得了專利。從而導致了歷史上最長的專利戰(zhàn)之一。
建造激光器
我們所知道的是誰建造了第一臺激光器。貝爾實驗室、RCA、IBM以及很多其他機構(gòu)競相開發(fā)激光技術(shù),但是休斯研究所(Hughes Research Labs)的西奧多梅曼(Theodore Maiman)在1960年5月成功研制出第一臺激光器。和Townes以及肖洛一樣,梅曼也使用了紅寶石作為激光介質(zhì),但是當時遇到的問題之一是要找到足夠強的光源來刺激紅寶石棒中的電子。梅曼很巧妙的利用了商業(yè)氙氣閃光燈作為光源,從而研制出了首個激光束。
之后便引起了轟動。世界各地的實驗室便紛紛開始仿效,有許多實驗室在幾個月內(nèi)就建造了自己的激光器。而梅曼的激光器只能進行脈沖運行,并不是持續(xù)的光束。當年晚些時候,貝爾實驗室的Ali Javan、William R. Bennett以及Donald Herriot建造了第一臺能夠持續(xù)運行的氣體激光器,使用的是氦和氖。隨后Javan便和尼古拉·巴索夫提出了激光二極管---該概念直到1962年才被Robert N. Hall和他研發(fā)的砷化鎵激光二極管、以及Nick Holonyak Jnr(他的紅色半導體激光器是當今CDs和DVD播放器中所使用的激光器的鼻祖)變?yōu)楝F(xiàn)實。
自那以后,激光器發(fā)生了巨大的變化,變得更小、更強大、更精準、更節(jié)能。梅曼將他的激光器描述為“問題的解決方案”,但是他的老板霍華休斯(Howard Hughes)一直在努力的尋求實際應用。就算是在現(xiàn)在,我們也能不斷發(fā)現(xiàn)激光器的新用途。從CD播放機到激光打印機,再到光速光處理機等應用,我們不難相信,激光是一種永遠不會沒落的技術(shù)。
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