历史百科 柳暗花明又一村——激光器问世
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柳暗花明又一村——激光器问世
1960年，美国加利福尼亚休斯研究所的瑟多尔·梅曼发明了世界上第一台红宝石激光器。从此，一门新兴的边缘学科——量子电子学迅速发展起来了。
关于微波激射器与激光器的理论基础，早在30多年前就由爱因斯坦奠定了。
二次大战后，日臻成熟的微波电子技术促进了微波波谱学的发展，同时人们对物质微观结构也有了较深入的了解，而一些实验与理论上的问题，如在光谱学的研究中所观察到的许多超精细结构也亟待给以解释。这些都促成了微波量子电子学的诞生。没有几年工夫，人们发现了一系列磁共振现象。1946年，布洛赫在做核感应实验时，观察到微波辐射和工作物质间的共振信号，并初次观察到粒子数反转(即N2>N1)的实验现象。1951年，珀塞尔等人在做与此相同的实验时有意识地让磁场作180°的突然反转，使体系处于粒子数反转分布，他们观察到50千赫的受激辐射信号。这是在实验上第一次观察到受激射现象。
1951年，一些科学家在美国华盛顿聚会，讨论如何发展比微波频率更高的辐射以应用于通信和其他领域，汤斯对此十分感兴趣。他设想用某种方法破坏热平衡分布，使多数分子处于较高能级，然后用微波照射这些分子使其受激而辐射能量，这就可以起到放大电磁波的作用，最后再把一部分发射的电磁波反馈到仪器中去激发处于高能级的分子，这样就可能形成振荡。汤斯认为这种反馈作用可以在微波谐振腔中进行。他按照上述想法，和他的两个助手经过3年试验，终于在1953年12月研制成功了最早的微波激射器——氨分子量子振荡器。苏联的巴索夫和普罗霍洛夫也几乎和汤斯同时独立地研制出氨分子微波激射器。
微波激射器的研制成功，给人们以启发，科学家开始思考：能否应用同样的原理在光频波段实现受激发射。当时光学技术的发展，也迫切需要高单色性、高亮度和高方向性的光源，如全息照相技术在40年代初已经出现，却因为缺少合适的单色光源而得不到发展和推广。
从微波激射器到光激射器有许多新问题需要解决。1958年，肖洛和汤斯在一篇著名的文章中讨论了由微波激射器过渡到激光器所存在的问题，并提出了解决问题的方法。他们建议，使用一种叫法布里一泊洛干涉仪形式的两个平行平面镜作光频谐振腔，使振荡维持一个或少数几个模式。这是从微波激射器到激光器发展过程中关键的一步。汤斯和肖洛最初考虑，用钾蒸汽作激光工作物质，用钾光谱灯作激励光源。他们也分析了红宝石的几条荧光谱线，认为红宝石的R1线很难实现受激发射，因为这条线终止于基态，不易实现能级间粒子数反转分布。然而，梅曼冲破了这一禁区，巧妙地使用强脉冲氙灯光为激励源，于1960年7月制成了激光器。梅曼的红宝石激光器由三部分组成：工作物质——红宝石晶体、光频谐振腔和泵浦光源——脉冲氙灯。
第一台红宝石激光器出现以后，各类激光器如雨后春笋相继诞生。激光和激光器的研究，形成了众多的分支学科，如激光物理学、激光技术、非线性光学、光电子学、集成光学、光全息技术等。激光技术和原子能技术、电子技术一样，已成为20世纪重要的新兴技术之一，对科学技术与社会发展正产生着重要的影响。
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