梅曼其人
1960年4月，休斯實(shí)驗(yàn)室從40公里以外的Culver City搬到了Malibu，啟用了一座嶄新的研究大樓。這個(gè)大樓非常漂亮，有著科研工作者最理想的工作環(huán)境，梅曼從自己的辦公室可以眺望太平洋。在搬到這里一個(gè)月之后，也就是1960年5月16日，梅曼成功研制了人類歷史上第一臺(tái)激光器。
梅曼(1927-2007)的全名是Theodore Maiman。他的父親是位工程師，梅曼從小跟父親學(xué)習(xí)電子工程方面的知識(shí)。1949年，梅曼在科羅拉多大學(xué)電子工程系獲得了本科學(xué)位。雖然本科就讀電子工程系，梅曼卻對(duì)物理學(xué)更感興趣，他的夢(mèng)想是到斯坦福大學(xué)物理系攻讀博士。不幸的是，斯坦福大學(xué)拒絕了他的申請(qǐng)，與此同時(shí)他收到了哥倫比亞大學(xué)的錄取通知書。
當(dāng)年的哥倫比亞大學(xué)物理系，大師云集，如日中天。但是梅曼對(duì)斯坦福大學(xué)情有獨(dú)鐘，雖然被拒絕，卻不肯放棄初衷，從老家丹佛搭車一路到了加州斯坦福大學(xué)，想方設(shè)法敲開許多教授的辦公室的門，尋找讀博士的機(jī)會(huì)。最后雖然沒(méi)有打動(dòng)斯坦福大學(xué)物理系的教授，卻被斯坦福大學(xué)電子工程系錄取。
1951年，在電子工程系獲得碩士學(xué)位后，梅曼再次申請(qǐng)斯坦福大學(xué)物理系。這一年，蘭姆（Willis Lamb，1955年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主）正好離開哥倫比亞大學(xué)加盟斯坦福大學(xué)，需要有光學(xué)和電子工程背景的學(xué)生建立實(shí)驗(yàn)室。蘭姆看重梅曼的動(dòng)手能力，讓梅曼加入自己的課題組。在博士期間，梅曼主要從事光學(xué)方面的工作，用光學(xué)手段研究一些原子氣體的性質(zhì)。1955年獲得博士學(xué)位后，梅曼進(jìn)入休斯實(shí)驗(yàn)室，第一個(gè)項(xiàng)目是研制一臺(tái)基于紅寶石的微波激射器（Ruby MASER）。
湯斯與MASER
微波激射器（Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation，MASER），譯為“利用受激輻射對(duì)微波進(jìn)行放大”?！笆芗ぽ椛洹痹醋詯垡蛩固乖?917年發(fā)表的一篇文章，他從理論上指出，當(dāng)光與物質(zhì)相互作用時(shí)，除了吸收和自發(fā)輻射之外，還存在第三種過(guò)程——受激輻射。
自發(fā)輻射發(fā)生時(shí)，處于上能級(jí)的原子系統(tǒng)自發(fā)地躍遷到下能級(jí)，同時(shí)釋放出一個(gè)光子；受激輻射過(guò)程中，一個(gè)頻率合適的入射光子誘發(fā)處于高能級(jí)狀態(tài)的原子系統(tǒng)躍遷到低能級(jí)狀態(tài)，額外釋放出與入射光子完全相同的光子。為了能保證對(duì)光的放大超過(guò)吸收，前提條件是實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。一般情況下，物質(zhì)處于熱平衡狀態(tài)，粒子數(shù)的分布滿足玻爾茲曼分布，能級(jí)越高，粒子數(shù)越少，此時(shí)受激輻射弱于吸收。粒子數(shù)反轉(zhuǎn)意味著增益介質(zhì)要遠(yuǎn)離平衡態(tài)，從而處于上能級(jí)的粒子數(shù)超過(guò)處于下能級(jí)的粒子數(shù)，這樣光在增益介質(zhì)中傳播時(shí)受到的增益才可能大于損耗，達(dá)成對(duì)光的放大。
MASER的發(fā)明人是湯斯（Charles Townes，1915-2015，1964年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主）。他于1915年出生在美國(guó)的南卡羅來(lái)納州。1939年，年僅24歲的湯斯從加州理工學(xué)院獲得博士學(xué)位，就職于貝爾實(shí)驗(yàn)室。跟很多人的想法一樣，湯斯選擇貝爾實(shí)驗(yàn)室看重的是其良好的科研環(huán)境，希望以此為跳板，下一步到大學(xué)做教授。果然，湯斯在1948年收到了哥倫比亞大學(xué)物理系的邀請(qǐng)，成為該系的正教授，并且雇了肖洛（Arthur Schawlow，1921-1999，1981年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主）為博士后。肖洛1921年出生在美國(guó)，隨父母在加拿大多倫多長(zhǎng)大，并在多倫多大學(xué)獲得博士學(xué)位。1951年，肖洛跟湯斯的妹妹結(jié)婚。
1951年4月26日，湯斯產(chǎn)生了如何做MASER的思路，他想到了如何在氨分子里實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的方法。氨分子是二能級(jí)系統(tǒng)，直接實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是不可能的，但是湯斯的辦法非常巧妙：利用氣體放電可以讓一小部分氨分子處于激發(fā)態(tài)，然后通過(guò)磁場(chǎng)把處于基態(tài)的氨分子和處于激發(fā)態(tài)的氨分子區(qū)分開來(lái)，將激發(fā)態(tài)的氨分子注入到一個(gè)微波諧振腔里，在這個(gè)諧振腔里就實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。有了MASER的想法之后，湯斯著手實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。1951年底，肖洛離開哥倫比亞大學(xué)物理系，到貝爾實(shí)驗(yàn)室工作。湯斯將MASER的工作交給一個(gè)叫James Gordon的博士生，經(jīng)過(guò)三年的努力，世界上第一臺(tái)MASER問(wèn)世。
知之非難，行之不易
從1954年到1957年，MASER的技術(shù)突飛猛進(jìn)，人們發(fā)明了用固體作為增益介質(zhì)的MASER，比如用合適波長(zhǎng)的光進(jìn)行抽運(yùn)，具有三能級(jí)結(jié)構(gòu)的紅寶石就可以實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。同時(shí)，很多課題組想到，既然可以在微波頻段制造MASER，那能否在更高頻率的頻段實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，建成光波波段的激射器（也就是激光）呢？作為MASER的發(fā)明人，湯斯當(dāng)然知道激光的重要性。他認(rèn)為光的激射是MASER自然往前的發(fā)展，于是將這種裝置稱為Optical MASER。
實(shí)現(xiàn)Optical MASER的難點(diǎn)有三個(gè)：一是工作在光波波段的增益介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，二是合適的抽運(yùn)方式，三是諧振腔，更是難中之難。當(dāng)時(shí)大家認(rèn)為諧振腔的尺度應(yīng)該和波長(zhǎng)差不多，湯斯的MASER的工作波長(zhǎng)為1.5 cm左右，而光波的波長(zhǎng)比微波短幾個(gè)數(shù)量級(jí)。如果仿照微波的做法，做一個(gè)波長(zhǎng)大小的諧振腔，難度非常高。在1957年以前，湯斯認(rèn)為幾乎不可能通過(guò)受激輻射實(shí)現(xiàn)對(duì)光波的放大。到了1957年夏天，他變得樂(lè)觀了一點(diǎn)，但也認(rèn)為至少還需要25年時(shí)間。
本著先易后難的原則，湯斯需要首先確定增益介質(zhì)和抽運(yùn)方式。當(dāng)時(shí)在哥倫比亞大學(xué)物理系有很多人用光抽運(yùn)氣體，以實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)產(chǎn)生微波，庫(kù)什（Polykarp Kusch, 1911-1993，1955年諾貝爾獎(jiǎng)得主）組里就在做這樣的研究。庫(kù)什有一個(gè)博士生叫古德（Gordon Gould, 1920-2005），湯斯得知他對(duì)光抽運(yùn)有經(jīng)驗(yàn)，就把他叫到自己的辦公室進(jìn)行了兩次談話。
湯斯與肖洛聯(lián)手
湯斯從1957年起開始擔(dān)任貝爾實(shí)驗(yàn)室的顧問(wèn)，每個(gè)月有兩三天跨過(guò)哈德遜河，到位于新澤西的貝爾實(shí)驗(yàn)室工作。這時(shí)肖洛已經(jīng)在那里工作六年。肖洛到貝爾實(shí)驗(yàn)室工作時(shí)，本是要跟隨巴?。↗ohn Bardeen，1908-1991，1956年和1972年諾貝爾物理獎(jiǎng)得主）一起進(jìn)行超導(dǎo)方面的研究。1951年，就在肖洛來(lái)貝爾實(shí)驗(yàn)室之前不久，巴丁接受了來(lái)自伊利諾伊大學(xué)的邀請(qǐng)，離開了貝爾實(shí)驗(yàn)室，因此肖洛在加入貝爾實(shí)驗(yàn)室的前幾年一直沒(méi)什么具體科研工作。
當(dāng)時(shí)，他被提名為貝爾實(shí)驗(yàn)室安全管理員。后來(lái)肖洛回憶說(shuō)自己在那段時(shí)間里，幾乎沒(méi)什么事可干，非常害怕，覺得自己的職業(yè)生涯就此要斷送了。他說(shuō)自己作為安全管理員，所做的唯一的一件事情是為一起安全事故寫報(bào)告，那起安全事故是一名理論物理學(xué)家竟然用鉛筆戳傷了自己。肖洛在這個(gè)報(bào)告的最后不忘幽默一下，建議為做理論的人提供專門培訓(xùn)，訓(xùn)練他們?nèi)绾握_使用鉛筆。
湯斯看到肖洛在貝爾實(shí)驗(yàn)室比較消沉，于是向他介紹了Optical MASER這一初步構(gòu)想，告訴肖洛可以使用光抽運(yùn)和使用鉀金屬氣體作增益介質(zhì)，但是還不知道怎么制作諧振腔。肖洛對(duì)此也很感興趣，隨即二人開始合作，肖洛很快就想到可以用由兩面平行鏡子組成的法布里-珀羅腔作為激光器的諧振腔，于是實(shí)現(xiàn)激光器的三個(gè)部件全部齊全。兩人合作寫了一篇理論文章《Infrared and Optical MASERs》，于1958年12月15日發(fā)表在了Physical Review上 。這篇文章第一次在理論上預(yù)言了激光的可行性，詳細(xì)地分析了在法布里-珀羅腔充當(dāng)諧振腔的情況下，利用光抽運(yùn)鉀金屬氣體產(chǎn)生激光輸出。在湯斯的堅(jiān)持下，貝爾實(shí)驗(yàn)室在文章發(fā)表之前就為Optical MASER申請(qǐng)了專利。
特立獨(dú)行的古德
湯斯嚴(yán)重低估了古德。古德碩士畢業(yè)于耶魯大學(xué)，1944年到1945年參加曼哈頓計(jì)劃。他青年時(shí)異常激進(jìn)，當(dāng)時(shí)美國(guó)盛行麥卡錫主義，導(dǎo)致古德的研究之路極度坎坷。1949年，他到哥倫比亞大學(xué)物理系跟隨庫(kù)什讀博士。
1957年，37歲的古德基本完成了實(shí)驗(yàn)工作，正要集中精力撰寫博士論文。古德只比湯斯小五歲，在湯斯和其他教授看來(lái)，古德比較懶散，讀了八年博士也沒(méi)有像樣的成果，只是在混著等畢業(yè)而已。古德的性格跟湯斯迥異，湯斯是傳統(tǒng)意義上的學(xué)院派教授，工作努力且非常自律，而古德思路活躍，敢于冒險(xiǎn)，一直夢(mèng)想成為偉大的發(fā)明家，通過(guò)發(fā)明實(shí)現(xiàn)財(cái)務(wù)自由。
與湯斯談話之后，古德極度興奮，思考到底該怎么實(shí)現(xiàn)激光。在與湯斯討論時(shí)，古德已經(jīng)意識(shí)到可以用光抽運(yùn)氣體，因此難點(diǎn)在于合適的諧振腔。經(jīng)過(guò)幾個(gè)星期的思考，他也獨(dú)立想到激光的諧振器可以采用法布里-珀羅腔。
1957年12月13日，古德將自己關(guān)于激光的構(gòu)想寫在了實(shí)驗(yàn)本上，題目叫《Some rough calculations on the feasibility of a LASER: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation》（《關(guān)于激光：基于受激輻射光放大可行性的一些粗略計(jì)算》）。所以我們今天熟知的激光的名字來(lái)自古德。數(shù)年之后，關(guān)于激光的命名還有爭(zhēng)議，湯斯和肖洛堅(jiān)持認(rèn)為激光器應(yīng)該叫Optical MASER。肖洛還開玩笑說(shuō)，如果按照古德的說(shuō)法，光在法布里-珀羅腔中諧振，是一個(gè)Light Oscillation的過(guò)程，而不是Light Amplification，所以激光的名字應(yīng)該是Loser。
必須說(shuō)明，湯斯和古德對(duì)激光的認(rèn)識(shí)有很大不同。湯斯認(rèn)為，就像MASER一樣，激光最大的優(yōu)點(diǎn)是在于其頻率單一；古德直覺更準(zhǔn)，他意識(shí)到激光器所產(chǎn)生的光不僅頻率單一，更重要的是它是相干光，發(fā)散角非常小，在空間上可以形成傳輸距離很遠(yuǎn)的光束，可以把能量很快地傳輸?shù)竭h(yuǎn)方；如果聚焦的話，極小的光斑產(chǎn)生極高的光強(qiáng)，說(shuō)不定可用作激光武器或是引發(fā)核聚變等。
1958年1月，古德向一名律師詢問(wèn)如何申請(qǐng)專利。在交流的過(guò)程中，古德誤解了律師的意思，以為只有先做出激光器才能申請(qǐng)專利，因而錯(cuò)過(guò)了早于貝爾實(shí)驗(yàn)室申請(qǐng)專利的時(shí)機(jī)。1958年3月，古德做出人生中的重大決定：從已經(jīng)讀了快九年的哥倫比亞大學(xué)物理系退學(xué)，放棄博士學(xué)位。他覺得激光有巨大的商機(jī)，一定要爭(zhēng)分奪秒。他加盟了一家名為TRG的初創(chuàng)公司。1959年初，他從國(guó)防部獲得了99.98萬(wàn)美元用于研發(fā)第一臺(tái)激光器。
看起來(lái)古德在這場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中處于領(lǐng)先地位，實(shí)則不然。由于早年參加激進(jìn)活動(dòng)，導(dǎo)致他遲遲不能通過(guò)政審。雖然巨額經(jīng)費(fèi)來(lái)自于古德的項(xiàng)目書，但他卻被排除在任何實(shí)驗(yàn)工作之外，甚至無(wú)權(quán)再看自己寫的項(xiàng)目書。這導(dǎo)致古德在TRG處于一種荒謬的狀態(tài)，他甚至不能進(jìn)入那棟專門用于研發(fā)激光的實(shí)驗(yàn)樓。尤為尷尬的是，那些真正動(dòng)手研發(fā)激光的人碰到問(wèn)題，向古德請(qǐng)教時(shí)為了防止泄密，不能說(shuō)自己在研發(fā)激光，只能委婉地問(wèn)：假如我們?cè)诖罱ㄒ慌_(tái)激光，我是說(shuō)假如，并不是真的在做，如果發(fā)現(xiàn)激光不能起振，要是你在做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的話，你覺得應(yīng)該怎么做？情況就是如此令人啼笑皆非。古德能看不出來(lái)嗎？可是他還是提出自己的建議，這些人再去做實(shí)驗(yàn)，獲得一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果再反饋給古德。整個(gè)過(guò)程效率很低，讓古德在這場(chǎng)激光的競(jìng)爭(zhēng)中漸漸落后。
群英聚會(huì)，華山論“劍”
1959年，湯斯與肖洛在Physical Review上發(fā)表文章后，很多研究組都試圖第一個(gè)做出激光，競(jìng)爭(zhēng)異常激烈。僅貝爾實(shí)驗(yàn)室就有四個(gè)組嘗試不同的辦法，嘗試不同的增益介質(zhì)，包括氣體、半導(dǎo)體和晶體。在這個(gè)階段，大家遮遮掩掩，互相提防。1959年9月，湯斯把大家叫在一起，在離紐約曼哈頓不遠(yuǎn)的一個(gè)度假村召開了一個(gè)小型會(huì)議，共有163人參加，其中17人來(lái)自貝爾實(shí)驗(yàn)室，休斯實(shí)驗(yàn)室也來(lái)了4人，其中之一就是梅曼。
梅曼很晚加入這場(chǎng)競(jìng)賽，確切地說(shuō)是參加這場(chǎng)會(huì)議之后。1956年，梅曼開始在休斯實(shí)驗(yàn)室工作，承擔(dān)的任務(wù)是為軍方做一臺(tái)基于紅寶石的微波激射器。紅寶石為三能級(jí)系統(tǒng)，可以利用光抽運(yùn)。當(dāng)時(shí)紅寶石MASER已經(jīng)非常成熟，軍方希望將其小型化，發(fā)射到太空。梅曼花了三年時(shí)間完成了該項(xiàng)目，但這時(shí)軍方對(duì)此已失去興趣。在1959年的這個(gè)會(huì)議上，梅曼介紹了自己這方面的工作。會(huì)議上大家都只對(duì)激光感興趣，梅曼的工作并沒(méi)有引起什么反響。
當(dāng)時(shí)梅曼也需要開始新的項(xiàng)目。會(huì)議之后，梅曼說(shuō)服公司的管理人員，利用公司內(nèi)部的科研經(jīng)費(fèi)開始激光的研制。盡管很晚加入到激光的競(jìng)賽當(dāng)中，但梅曼很幸運(yùn)，他選用的增益材料是紅寶石。
紅寶石在MASER研究中已經(jīng)比較常見，肖洛在貝爾實(shí)驗(yàn)室也嘗試過(guò)紅寶石，但并沒(méi)有成功，一是由于他用的紅寶石晶體質(zhì)量較差，二是他使用連續(xù)光作為抽運(yùn)光。經(jīng)過(guò)計(jì)算，他發(fā)現(xiàn)如果用光去抽運(yùn)具有三能級(jí)結(jié)構(gòu)的紅寶石，需要極高的抽運(yùn)能量才能實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，而連續(xù)光抽運(yùn)能量太高將導(dǎo)致晶體無(wú)法及時(shí)散熱，最終因溫度過(guò)高而損壞。肖洛因此得出結(jié)論：用紅寶石做激光行不通。1958年起的兩年內(nèi)，肖洛到處說(shuō)紅寶石不能用來(lái)做激光的增益介質(zhì)。由于他已經(jīng)被認(rèn)為是這個(gè)領(lǐng)域的權(quán)威，大家都不再考慮紅寶石。
但是梅曼卻對(duì)此持懷疑態(tài)度。
獨(dú)辟蹊徑，力拔頭籌
回到休斯實(shí)驗(yàn)室后，梅曼做了一些初步的實(shí)驗(yàn)，更加堅(jiān)定了自己的判斷，覺得紅寶石做激光增益介質(zhì)可行。梅曼從小喜歡做電子實(shí)驗(yàn)，有工程師的頭腦，解決問(wèn)題的思路跟學(xué)院派的湯斯、肖洛以及貝爾實(shí)驗(yàn)室的其他科學(xué)家不一樣，算是介于古德和學(xué)院派之間。比起學(xué)院派，他思路更靈活實(shí)際，比起古德，他受的訓(xùn)練更扎實(shí)，對(duì)光學(xué)更熟悉。他的關(guān)鍵想法是，不一定非要用連續(xù)光來(lái)抽運(yùn)紅寶石，換成脈沖光能夠避免過(guò)熱問(wèn)題。脈沖光可以在短時(shí)間內(nèi)輸入非常高的能量，讓紅寶石晶體實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，從而輸出激光，接下來(lái)抽運(yùn)光消失，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)解除，同時(shí)不會(huì)積攢更多熱量。
這張圖片是梅曼設(shè)計(jì)的紅寶石激光器的結(jié)構(gòu)圖，抽運(yùn)源來(lái)自General Electric 公司（GE公司）的現(xiàn)成產(chǎn)品。梅曼覺得螺旋形的抽運(yùn)燈更好，這樣可以把充當(dāng)增益介質(zhì)的紅寶石棒插在螺旋形燈管的中間，在外面再加一個(gè)鍍銀的外套把所有的光都能反射回去，就可以保證燈泡發(fā)出的光全部聚焦到紅寶石晶體上。同時(shí)，他在紅寶石晶體的兩側(cè)分別鍍銀，在其中一邊開了一個(gè)小孔，這樣光就可以部分透射，諧振腔就做好了。這樣一來(lái)，激光器的三個(gè)元素都齊備了：螺旋形閃光燈為抽運(yùn)源，紅寶石晶體為增益介質(zhì)，法布里-珀羅腔為諧振腔。
1960年5月16號(hào)下午，梅曼和自己的助手在實(shí)驗(yàn)室里增加氙抽運(yùn)燈的電壓，從幾百伏開始往上加，用示波器記錄紅色熒光隨時(shí)間的變化。開始時(shí)，抽運(yùn)比較弱，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)處在閾值之下，能產(chǎn)生的都是熒光，因?yàn)槌檫\(yùn)光是個(gè)脈沖，脈沖過(guò)去之后激光器馳豫，熒光慢慢消失。繼續(xù)增加電壓到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)超過(guò)閾值時(shí)，開始出現(xiàn)受激輻射，示波器上出現(xiàn)尖峰。當(dāng)電壓加到900多伏的時(shí)候，明顯可以看到一個(gè)尖峰，此時(shí)他們知道自己真正做出了人類歷史上的第一束相干光，第一臺(tái)激光就此誕生。
誰(shuí)想到梅曼的助手是色盲，眼睛看不到紅色，而第一臺(tái)紅寶石激光器產(chǎn)生的恰恰是紅光，因?yàn)檩敵黾す鈱?shí)在太強(qiáng)，光束射到遠(yuǎn)處的墻上產(chǎn)生的散射光讓梅曼的助手在人生中第一次看到了紅色。
一波三折，終獲認(rèn)可
1960年5月16日，梅曼從世界上幾十個(gè)研究組中脫穎而出，制成了人類歷史上第一臺(tái)激光器，在這場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)中獲得勝利。但是他獲得大家承認(rèn)的過(guò)程卻一波三折。首先，休斯實(shí)驗(yàn)室管理層覺得激光并不重要，放棄申請(qǐng)專利，導(dǎo)致后來(lái)有一場(chǎng)圍繞激光器專利的持續(xù)二十年的官司。既然不能申請(qǐng)專利，梅曼抓緊時(shí)間盡快發(fā)表自己的成果。他很快完成一篇文章，名為《Optical MASER Action in Ruby》，于6月22日投到了Physical Review Letters（以下簡(jiǎn)稱PRL）上。
PRL剛創(chuàng)刊不久，主編為著名物理學(xué)家古德施密特（Samuel Goudsmit）。梅曼對(duì)自己投到PRL上的文章很有信心，他覺得這篇文章可能會(huì)送到湯斯或肖洛手里評(píng)審，專門把激光器叫“Optical MASER”，而不是采用古德的命名方式“Laser”，未曾想弄巧成拙。當(dāng)時(shí)這個(gè)主編審閱了大量有關(guān)MASER的文章，已經(jīng)受夠了，決定再也不接受這類論文。他認(rèn)為這種工作缺乏物理深度，應(yīng)該投稿到另外一個(gè)他創(chuàng)辦不久的雜志——Journal of Applied Physics（JAP），《應(yīng)用物理雜志》。所以，古德施密特毫不留情地在6月24日拒掉了梅曼的文章。拒稿信非常簡(jiǎn)短：這篇文章不適合PRL，應(yīng)該投給那些更偏技術(shù)的期刊，也許那些讀者會(huì)更喜歡你的工作。
梅曼的好朋友弗蘭肯（Peter Franken，非線性光學(xué)的奠基人）與古德施密特和梅曼私交都很好，專門給這個(gè)主編打電話抱怨，但還是無(wú)法讓古德施密特重新考慮這篇文章。古德施密特甚至寄了一封更為正式的拒稿信給梅曼：PRL肯定不會(huì)考慮已經(jīng)拒過(guò)的文章，任何原因都不行！
梅曼只好選擇其他期刊，他把文章改短到三百字左右，投到Nature。投PRL不中，投Nature卻是異常順利，文章于1960年8月6日發(fā)表，只有梅曼一個(gè)作者。后來(lái)湯斯評(píng)價(jià)這篇文章，認(rèn)為在Nature所有已經(jīng)發(fā)表的文章中按每個(gè)字計(jì)算，梅曼這篇文章是價(jià)值最高的。
Nature是英國(guó)雜志，由于沒(méi)有互聯(lián)網(wǎng)，Nature在美國(guó)流傳并不廣泛，于是梅曼又寫了一篇更為詳細(xì)的文章，按照PRL主編的建議，投到了Journal of Applied Physics。這個(gè)雜志很快接受了他的文章，但是稱要六個(gè)月之后才能印發(fā)，這讓梅曼隱隱不安：其他研究組很有可能在六個(gè)月之內(nèi)成功研制激光器，搶先發(fā)表文章。要知道梅曼做激光器一共花費(fèi)幾千美元，而貝爾實(shí)驗(yàn)室在激光方面的研究已經(jīng)投入了兩百多萬(wàn)美元，梅曼的擔(dān)心不無(wú)道理。他感覺時(shí)間非常緊迫，似乎時(shí)時(shí)刻刻有可能被貝爾實(shí)驗(yàn)室趕超。
如何向世界證明自己是第一個(gè)制成激光器呢？梅曼和休斯公司采用了另外一種辦法——召開新聞發(fā)布會(huì)。為了引起廣泛的關(guān)注，新聞發(fā)布會(huì)選在紐約曼哈頓的Delmonico酒店。1960年7月7日，梅曼在Delmonico酒店向新聞媒體展示了自己的激光，而且還把已經(jīng)被JAP接受的文章預(yù)印本發(fā)給了在場(chǎng)的各位記者。令他震驚的是，一家英國(guó)不知名的期刊British Communications and Electronics兩個(gè)月之后給他發(fā)來(lái)了文章被發(fā)表的通知。原來(lái)該期刊的記者在參加發(fā)布會(huì)時(shí)得到了預(yù)印本，覺得工作太漂亮了，竟然沒(méi)有經(jīng)過(guò)梅曼的同意，直接在自己供職的雜志上發(fā)表了。
毫無(wú)疑問(wèn)，梅曼非常惱火，因?yàn)樗奈恼乱呀?jīng)被JAP接受，只是還沒(méi)有印刷出來(lái)而已。而這個(gè)在美國(guó)毫無(wú)名氣的破雜志，竟然不通知他就搶先發(fā)表了！這對(duì)大家承認(rèn)他的工作極為不利。但他又無(wú)可奈何，出于學(xué)術(shù)道德的考慮，他只好聯(lián)系JAP撤稿。所以，我們今天看到，梅曼關(guān)于激光的文章，短的版本發(fā)表在Nature上，長(zhǎng)的版本在英國(guó)的這個(gè)不知名的小雜志上。在梅曼的新聞發(fā)布會(huì)后，貝爾實(shí)驗(yàn)室重復(fù)了梅曼的工作，在PRL上搶發(fā)了一篇非常詳細(xì)的文章。在之后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，貝爾實(shí)驗(yàn)室一直聲稱他們最早做出了激光。隨著時(shí)間的推移，歷史的塵埃落去，梅曼才被公認(rèn)為是制成激光器的第一人。
尾聲
在那場(chǎng)新聞發(fā)布會(huì)上，有記者詢問(wèn)激光有什么用處。梅曼給出了5方面的建議：
- 用來(lái)放大光，比如做高功率激光器的時(shí)候，都是用光放大器對(duì)比較弱的光進(jìn)行放大；
- 可以用激光去研究物質(zhì)（后來(lái)發(fā)展為激光光譜學(xué)）；
- 用高功率激光光束做空間通訊；
- 用于增加通訊的信道數(shù)量（這就是后來(lái)出現(xiàn)的光纖通訊）；
- 把光束聚焦，產(chǎn)生超高的光強(qiáng)，用于工業(yè)上切割或焊接材料，或是在醫(yī)學(xué)上進(jìn)行手術(shù)等等。
梅曼這些建議日后一一應(yīng)驗(yàn)，說(shuō)明以他為代表的第一代激光研究者對(duì)激光的潛在能力有著清晰的認(rèn)識(shí)和遠(yuǎn)見。
梅曼贏得研制激光器這場(chǎng)競(jìng)賽，僅用了9個(gè)月的時(shí)間和幾千美元的經(jīng)費(fèi)，原因何在？梅曼后來(lái)寫了一本書——The Laser Odyssey。在書中，他給出了自己的答案。
首先，他非常努力和專注，有韌性并且百折不撓。第二，以湯斯和肖洛為代表的學(xué)院派低估了像梅曼和古德這樣的非學(xué)院派，覺得這些人不太可能做出什么重要的貢獻(xiàn)。第三，梅曼對(duì)自己所做事情的重要性有明確的認(rèn)知，知道激光是前無(wú)古人的發(fā)明，具有重大深遠(yuǎn)的影響，值得自己全身心投入。第四，梅曼覺得自己非常冷靜和仔細(xì)。他既有工程背景，又受過(guò)良好的物理訓(xùn)練，能夠一步一步解決問(wèn)題，而且解決問(wèn)題的思路與學(xué)院派完全不同。他的激光器體積很小，設(shè)計(jì)非常巧妙，大部分器件和技術(shù)都比較成熟。而其他課題組的方案往往需要巨大而且昂貴的儀器設(shè)備，很多部件也需要自己去研發(fā)，系統(tǒng)非常復(fù)雜，導(dǎo)致工作進(jìn)展緩慢。這當(dāng)然只是梅曼自己的總結(jié)，讀者可能會(huì)給出不同的答案。
六十年后的今天，激光已經(jīng)無(wú)處不在，深深地改變了我們的世界?；仡櫦す獍l(fā)明的這段曲折跌宕的歷程，相信每個(gè)讀者都會(huì)在對(duì)這些先賢們滿懷敬意的同時(shí)，受到智慧的啟迪。
作者簡(jiǎn)介：
常國(guó)慶，中國(guó)科學(xué)院物理研究所 特聘研究員，長(zhǎng)期從事超快激光物理、高功率飛秒激光技術(shù)、飛秒光學(xué)頻率梳等領(lǐng)域的研究。
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