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激光的最初中文名叫做“鐳射”、“萊塞”,是它的英文名稱LASER的音譯,是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各單詞的頭一個(gè)字母組成的縮寫(xiě)詞。意思是“受激輻射的光放大”。
什么叫做“受激輻射”?它基于偉大的科學(xué)家愛(ài)因斯坦在1916年提出了的一套全新的理論。這一理論是說(shuō)在組成物質(zhì)的原子中,有不同數(shù)量的粒子(電子)分布在不同的能級(jí)上,在高能級(jí)上的粒子受到某種光子的激發(fā),會(huì)從高能級(jí)跳到(躍遷)到低能級(jí)上,這時(shí)將會(huì)輻射出與激發(fā)它的光相同性質(zhì)的光,而且在某種狀態(tài)下,能出現(xiàn)一個(gè)弱光激發(fā)出一個(gè)強(qiáng)光的現(xiàn)象。這就叫做“受激輻射的光放大”,簡(jiǎn)稱激光。
一個(gè)科學(xué)的理論從提出到實(shí)現(xiàn),往往要經(jīng)過(guò)一段艱難的道路。愛(ài)因斯坦提出的這個(gè)理論也是如此。它很長(zhǎng)一段時(shí)間被擱置在抽屜里無(wú)人問(wèn)津。
1950年,波爾多一所中學(xué)的教師阿爾弗雷德·卡斯特勒同讓·布羅塞爾發(fā)明了“光泵激”技術(shù)。這一發(fā)明后來(lái)被用來(lái)發(fā)射激光,并使他在1966年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
激光器的發(fā)明實(shí)際上提出了更多的問(wèn)題。它必須使反射諧振器適應(yīng)極短的波長(zhǎng)。1951年,美國(guó)哥倫比亞大學(xué)的一位教授查爾斯·湯斯(Townes)對(duì)微波的放大進(jìn)行了研究,經(jīng)過(guò)三年的努力,他成功地制造出了世界上第一個(gè)“微波激射器”,即“受激輻射的微波放大”的理論。湯斯在這項(xiàng)研究中花費(fèi)了大量的資金,因此他的這項(xiàng)成果被人們起了個(gè)綽號(hào)叫做“錢(qián)泵”,說(shuō)他的這項(xiàng)研究花了很多的錢(qián)。后來(lái)湯斯教授和他的學(xué)生阿瑟·肖洛(Schawlow,諾貝爾物理獎(jiǎng)的獲得者)想,既然我們已經(jīng)成功地研究了微波的放大,就有可能把微波放大的技術(shù)應(yīng)用于光波。1958年,湯斯和肖洛在《物理評(píng)論》雜志上發(fā)表了他們的“發(fā)明”——關(guān)于“受激輻射的光放大”(即LASER)的論文。但是在實(shí)際中建造激光器還有許多困難,人們對(duì)激光的性質(zhì)和作用都還沒(méi)有清楚的認(rèn)識(shí)。于是湯斯教授和肖洛并沒(méi)有在此基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行研究和實(shí)驗(yàn),結(jié)果這項(xiàng)研究的成果被第三者利用了。這位第三者的名字叫西奧多·梅曼(Maiman)。
梅曼是美國(guó)加利福尼亞州休斯航空公司實(shí)驗(yàn)室的研究員。在梅曼開(kāi)始建造他的紅寶石激光器之前,有人斷言紅寶石絕不是制造激光的好材料,而肖洛也支持這種觀點(diǎn)。這使得很多人中止了用紅寶石來(lái)制造激光的嘗試,但梅曼卻懷疑這個(gè)說(shuō)法。為此,他花了一年的時(shí)間專門(mén)測(cè)量和研究紅寶石的性質(zhì),終于發(fā)現(xiàn)上述論斷所依據(jù)的基礎(chǔ)是錯(cuò)誤的,而紅寶石確是制造激光器的好材料。從此他著手建造那個(gè)世界上第一臺(tái)激光器。他的準(zhǔn)備工作十分地詳細(xì)完備,1960年7月,梅曼在加利福尼亞的休斯空軍試驗(yàn)室進(jìn)行了人造激光的第一次試驗(yàn),當(dāng)按鈕按下時(shí),第一束人造激光就產(chǎn)生了。這束僅持續(xù)了3億分之一秒的紅色激光標(biāo)志著人類(lèi)文明史上一個(gè)新時(shí)刻的來(lái)臨。
這樣,世界上第一臺(tái)激光器——紅寶石激光器--誕生了。它是一種固體激光器,它的激勵(lì)系統(tǒng)是一支能突然爆發(fā)出強(qiáng)光的螺旋形閃光管,激光物質(zhì)是一個(gè)插在螺旋管中間的4厘米長(zhǎng)的圓柱形寶石棒,這種紅寶石的主要成份是混有鉻離子的氧化鋁。在紅寶石棒上纏有閃光玻璃管以便讓晶體受光線照耀紅寶石,經(jīng)閃光管發(fā)出的光照射后,發(fā)出激光,通過(guò)光學(xué)諧振腔的加強(qiáng)和調(diào)節(jié)后,便射出一強(qiáng)有力的激光。