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激光器

探究激光起源:全球一半先進(jìn)技術(shù)竟離不了它

星之球激光 來(lái)源:光學(xué)期刊網(wǎng)2015-12-02 我要評(píng)論(0 )   

  如果沒(méi)有了激光,當(dāng)今世界一半的先進(jìn)技術(shù)將無(wú)法正常工作。但是,激光的發(fā)展過(guò)程會(huì)讓你吃驚不已?! ?/p>


  如果沒(méi)有了激光,當(dāng)今世界一半的先進(jìn)技術(shù)將無(wú)法正常工作。但是,激光的發(fā)展過(guò)程會(huì)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(shuō)來(lái)也怪,當(dāng)激光首次被提出來(lái)的時(shí)候,沒(méi)有人對(duì)激光有一個(gè)具體的概念認(rèn)知,甚至有人認(rèn)為激光完全是浪費(fèi)時(shí)間。對(duì)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(shí)現(xiàn)。
  激光的起源
  實(shí)際上,激光的歷史起源于愛(ài)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(ài)因斯坦從理論上說(shuō)明了除了吸收光和自發(fā)發(fā)光外,電子可以通過(guò)刺激來(lái)發(fā)射特定波長(zhǎng)的光。從而奠定了激光的理論基礎(chǔ)。
  后來(lái)科學(xué)家們花了30多年才實(shí)現(xiàn)愛(ài)因斯坦的設(shè)想。1928年,德國(guó)物理學(xué)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(yù)測(cè)激發(fā)輻射可以用來(lái)放大較短可見(jiàn)波。直到1947年,美國(guó)科學(xué)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(jì)50年代初期,美國(guó)、歐洲以及蘇聯(lián)的物理學(xué)家正在努力嘗試將激發(fā)輻射用于實(shí)際用途,但是他們的第一個(gè)目標(biāo)對(duì)象不是光而是微波輻射。1953年,哥倫比亞大學(xué)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(gè)Maser(microwave amplification by stimulated emission of radiation受激輻射微波放大器);該設(shè)備通過(guò)使用充滿活力的氨分子流受激輻射,進(jìn)而產(chǎn)生電磁波相干波束。同時(shí),在蘇維埃社會(huì)主義共和國(guó)聯(lián)盟(unio of Soviet Socialist Republics, USSR),蘇聯(lián)列別捷夫物理學(xué)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(huì)議上,他們闡述了Maser技術(shù)原理;之后他們繼續(xù)進(jìn)行研究,并提出了重大的改進(jìn),使得Maser技術(shù)更加實(shí)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(kāi)始在貝爾實(shí)驗(yàn)室對(duì)紅外maser進(jìn)行了認(rèn)真研究,不久之后他們放棄了紅外波譜而開(kāi)始專(zhuān)注可見(jiàn)光的發(fā)射。Townes稱(chēng)之為光激射器。而同時(shí),哥倫比亞大學(xué)的一位研究生正在撰寫(xiě)一篇關(guān)于激發(fā)鉈能級(jí)的博士論文。Gould和Townes對(duì)輻射發(fā)射進(jìn)行了討論之后,Gould在1957年記錄了他對(duì)激光(laser)的想法,提出了它(laser)的縮寫(xiě)并描述了它(laser)的基本要素。Gould之后在一家名為T(mén)RG的私人研究公司工作,并于1958年繼續(xù)研究該項(xiàng)目,與在貝爾實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立工作的Townes和肖洛進(jìn)行的工作相同。而與此同時(shí),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(jì)。
  我們可能永遠(yuǎn)不會(huì)清楚到底是誰(shuí)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(guò)TRG申請(qǐng)了核心技術(shù)專(zhuān)利。但是,在1960年,該專(zhuān)利被否認(rèn);Townes、肖洛以及貝爾實(shí)驗(yàn)室獲得了專(zhuān)利。從而導(dǎo)致了歷史上最長(zhǎng)的專(zhuān)利戰(zhàn)之一。
  建造激光器
  我們所知道的是誰(shuí)建造了第一臺(tái)激光器。貝爾實(shí)驗(yàn)室、RCA、IBM以及很多其他機(jī)構(gòu)競(jìng)相開(kāi)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(tái)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(dāng)時(shí)遇到的問(wèn)題之一是要找到足夠強(qiáng)的光源來(lái)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(gè)激光束。
  之后便引起了轟動(dòng)。世界各地的實(shí)驗(yàn)室便紛紛開(kāi)始仿效,有許多實(shí)驗(yàn)室在幾個(gè)月內(nèi)就建造了自己的激光器。而梅曼的激光器只能進(jìn)行脈沖運(yùn)行,并不是持續(xù)的光束。當(dāng)年晚些時(shí)候,貝爾實(shí)驗(yàn)室的Ali Javan、William R. Bennett以及Donald Herriot建造了第一臺(tái)能夠持續(xù)運(yùn)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(dǎo)體激光器是當(dāng)今CDs和DVD播放器中所使用的激光器的鼻祖)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
  自那以后,激光器發(fā)生了巨大的變化,變得更小、更強(qiáng)大、更精準(zhǔn)、更節(jié)能。梅曼將他的激光器描述為“問(wèn)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(shí)際應(yīng)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(jī)到激光打印機(jī),再到光速光處理機(jī)等應(yīng)用,我們不難相信,激光是一種永遠(yuǎn)不會(huì)沒(méi)落的技術(shù)。
 

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