激光器的进化史
来源: 解放军报 2023-12-22 16:21:10 责编: 吕中石

梅曼和他研制出的世界上第一台激光器——红宝石激光器。资料图片

激光器是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后,人类的又一重大发明,其产生的激光辐射被称为“最快的刀”“最准的尺”“最亮的光”。现如今,在医疗、军工、通信等各个领域,都有激光器存在的身影。

激光器的发明,倾注了无数科学家的努力与艰辛。

早在1917年,爱因斯坦发表的关于辐射量子理论的论文里首次提出“受激辐射”的概念,这奠定了激光的理论基础。

然而在当时,激光存在的理论虽然被提出,实现起来却很困难。到了20世纪50年代,随着光子和微波技术的发展,发明一种能产生可控制光波的振荡器被提上日程,这就是今天所说的激光器。一时间,各国科学家开始了一场激烈的发明争夺战。

首先站出来的是美国科学家查尔斯·汤斯,他在1954年成功研制了世界上第一台微波激射器。

不久后,他的妹夫肖洛也加入其中。他们在实验中发现,利用分子或原子体系的受激辐射原理研制出的放大器和振荡器,在原理上可以推广到红外、可见光和更短波段,产生很好的相干辐射。随后,他们全身心地投入到红宝石晶体的研究中,并认为在红宝石中一定能够产生激光。

与此同时,苏联的科学家们也在紧锣密鼓地进行着相关研究。科学家普罗霍洛夫和巴索夫联手推出了半导体激光器的具体设计方案,列别捷夫物理研究所也在尝试用半导体材料作为介质来制造激光器。

就在这场世纪之争进行到白热化时,美国物理学家梅曼出现在众人的视野。梅曼大学毕业后到休斯公司研究所,从事红宝石微波放大器的研究。他对红宝石微波放大器进行改造,使得其性能大为改善,体积变得更小。

1960年5月,梅曼终于获得了波长为0.6943微米的激光。这是人类有史以来获得的第一束激光。

激光的发现,在近现代光学领域开辟了一片新天地。而梅曼经过不懈努力,最终成为了这场世纪之争的赢家。1960年7月,梅曼制成了第一台以红宝石为光源的量子放大器,也就是第一台激光器,他因此成为世界上第一个将激光引入实用领域的科学家。

从那以后,激光技术不断创新,各种各样的激光器如雨后春笋般相继出现。

1965年,第一台可产生大功率激光的器件——二氧化碳激光器诞生;1967年,第一台X射线激光器研制成功;1997年,美国麻省理工学院的研究人员研制出第一台原子激光器……

在应用方面,激光已经飞入了平常百姓家。其最常见的用途就是运用于光纤通信,激光可以用来作为光纤通信的载波,很大程度上解决了过去很长一段时间困扰研究人员的光源问题。

今后,随着人类对激光技术的进一步研究和发展,激光器的性能将进一步提升,成本也将进一步降低,其应用范围将持续扩大,并发挥出越来越大的作用。(宋 琢 李雅楠)

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