激光器是20世紀(jì)以來繼核能、電腦、半導(dǎo)體之后,人類的又一重大發(fā)明,其產(chǎn)生的激光輻射被稱為“最快的刀”“最準(zhǔn)的尺”“最亮的光”?,F(xiàn)如今,在醫(yī)療、軍工、通信等各個領(lǐng)域,都有激光器存在的身影。
激光器的發(fā)明,傾注了無數(shù)科學(xué)家的努力與艱辛。
早在1917年,愛因斯坦發(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,激光存在的理論雖然被提出,實(shí)現(xiàn)起來卻很困難。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,這就是今天所說的激光器。一時間,各國科學(xué)家開始了一場激烈的發(fā)明爭奪戰(zhàn)。
首先站出來的是美國科學(xué)家查爾斯·湯斯,他在1954年成功研制了世界上第一臺微波激射器。
不久后,他的妹夫肖洛也加入其中。他們在實(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,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)來制造激光器。
就在這場世紀(jì)之爭進(jìn)行到白熱化時,美國物理學(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為0.6943微米的激光。這是人類有史以來獲得的第一束激光。
激光的發(fā)現(xiàn),在近現(xiàn)代光學(xué)領(lǐng)域開辟了一片新天地。而梅曼經(jīng)過不懈努力,最終成為了這場世紀(jì)之爭的贏家。1960年7月,梅曼制成了第一臺以紅寶石為光源的量子放大器,也就是第一臺激光器,他因此成為世界上第一個將激光引入實(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X射線激光器研制成功;1997年,美國麻省理工學(xué)院的研究人員研制出第一臺原子激光器……
在應(yīng)用方面,激光已經(jīng)飛入了平常百姓家。其最常見的用途就是運(yùn)用于光纖通信,激光可以用來作為光纖通信的載波,很大程度上解決了過去很長一段時間困擾研究人員的光源問題。
今后,隨著人類對激光技術(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)揮出越來越大的作用。(宋 琢 李雅楠)
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