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标  题: 激光器发明40年
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年04月17日18:23:10 星期二), 站内信件

          激光器发明40年
    1958年12月15日，美国《物理评论》杂志发表了L．肖洛和H．汤斯的题为《红外和
光的微波激射》论文，宣告“将微波激射技术扩大到红外和光频谱区段时……产生了极
其单色的和相干的光”，这就是激光。他们从氨的受激发射着手，提出可能应用的工作
介质材料。为此，贝尔实验室的A．詹万用氦原子与电子非弹性碰撞方法使氦原子处于亚
稳态，使其释放的能量激发氖原子，在1959年提出氦—氖激光器的原理。1960年，美国
休斯研究室的T．梅曼运用固体的红宝石做实验，研制成功世界上第一台红宝石激光器。
梅曼将氙闪光灯发出的光照射在红宝石上，红宝石由于受激而发射出方向高度集中的强
光束———激光。第一台红宝石激光器的发明为现代各种激光器的研制奠定了基础。
    自激光器发明后，由于激光的单色性、方向性、相干性和高亮度极好，为人类带来
了一种崭新的强光源。在40年的发展期间，满足不同需要的激光器先后研制成功，有固
体激光器、半导体激光器、气体激光器、液体激光器，以及远红外、远紫外激光器、X射
线激光器、量子阱激光器、量子级联激光器、孤子激光器和激光蝴蝶结激光器等。固体
激光器的工作物质是在基质材料的晶体或玻璃中均匀地掺入少量的激活离子。真正发光
的是激活离子，如红宝石三能级系统中的铬离子、钕玻璃四能级系统中的钕离子等，因
此，又称为“固体离子激光器”。固体材料的活性离子密度介于气体和半导体之间。固
体材料的亚稳态寿命比较长，自发辐射的光能损失小、贮能能力强，故适于采用调Q技术
产生高功率脉冲激光。固体激光器中红宝石是三能级系统。其余大都是四能级。固体激
光器通常用泵灯进行光激励，所以寿命和效率受到泵灯的限制。但由于固体器件小而坚
固，脉冲辐射功率很高，所以应用范围较广泛。美国电话电报公司贝尔实验室的研究人
员在1992年研制出当时世界上最小的固体激光器。这种激光器在扫描电子显微镜下看起
来就像一个个微型图钉，其直径只有2—10微米。在一个大头针的针头上，可以装下1万
个这样的新型半导体激光器。这种激光器不同于大多数激光器。它使用一种回音廊方式
，就像沿着某些教堂的所有内壁都能听到声音一样，激光围绕着每个“图钉头”的边缘
也易于传播，并保持一定的强度。半导体激光器主要用作光通信的光源，分单、双异质
结构的半导体激光器。它们是贝尔实验室的科学家在60年代后期提出并研制成功的。由
于它们是用砷化镓和铝、镓或铟等砷化物制成的，与光纤材料一致，因而不但可作为激
光器使用，而且是光纤通讯最适用的光源，对于光通信和光电及光器件的制造有重要价
值。此外，宝石激光器在六七十年代又发展出钇铝柘榴石激光器，而钕柘榴石激光器用
作杀伤武器、靶指示器、搜索器和控制器有了很大发展。随着光通信及其网络的发展，
集成光路和光子元器件迅速发展，以及光（量子）计算机的问世，微型激光器在近15年
内发展迅速，其尺寸日益减小，如激光蝴蝶结激光器小到一个针尖大小可有上百个。激
光光盘、激光复印和激光全息照相等正迅速发展。在微型激光器发展的同时，大型和大
功率的激光器在用作激光炮、空间探测和测距及导弹拦击方面，有了很大发展。尽管由
于军事机密原因，我们尚无法得知其构造，但是从北约与伊拉克和科索沃战争及美国的
洲际导弹拦击实验的情况可以看出，其功率和准确性是很大的。其中以氟化氢和氟化氪
激光器、阿尔法化学激光器和氧碘化物激光器在星球大战计划、机载反导弹武器和宇航
测距及目标捕捉等方面得到采用和实验，从而正在改变传统的战略和战术。
    高亮度的X射线激光可用来进行等离子体物理研究和材料科学研究，水窗波段的X激
光可进行生命活细胞的全息照相，由此可以得到细胞内部的立体“照片”。当这种细胞
分子还“住在”细胞内并正在引起化学反应时，X射线激光技术使微生物学家能够检查这
些结构很脆弱而且复杂的细胞分子。
    激光核聚变是目前各发达国家研究的热门，1961—1968年苏联、法国公布了激光引
起核聚变反应而释放中子的技术。1972年美国提出高压向心爆炸核聚变理论，1979年美
国用钕玻璃激光器组进行了氘—氚燃料压缩，80年代中后期，美国建成“欧米伽”钕玻
璃激光装置，供做直接驱动核聚变的关键设备。王淦昌提出的惯性约束激光核聚变设想
，目前得到越来越大的重视和研究。总之，激光核聚变技术正处于重大突破的前夜，材
料来源无限和安全的核聚变能源将成为21世纪能源解决的方案的核心，激光技术在这方
面将起关键的重大作用。激光测距是目前最准确的测距技术，用碘稳定的氦—氖激光测
定的米尺精度达10－12，它对于零件加工和宇航及空战有重要价值。目前铯原子钟是标
准时钟，其精度达10－14，华人科学家朱棣文在1986年发明的激光冷冻和捕获单个铯原
子技术，使原子钟的精度提高了100倍以上，他因此在1998年获得了诺贝尔物理奖。
    激光科学技术的发展不仅能导致许多重要的应用，而且还能带动多种学科的发展。
自由电子激光对加速器和同步辐射技术的带动、X光激光对等离子体物理和原子物理的带
动就是极好的例子。激光的发展还大大推动着非线性光学、光谱学、激光与物质相互作
用的研究以及与激光有关的各种交叉学科的进展。当年，激光的发现令人兴奋；40年后
的今天，激光大范围地改变了科技、产业和战略面貌，在即将到来的21世纪，激光这种
新型的光，必将更加灿烂辉煌！
科技日报

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