课外物理百科常识之激光技术
1900年12月24日，在德国物理学会的年会上，普朗克宣读了他的关于正常光谱的能量分布定律的理论论文，提出了一个革命性的思想光量子假说.1916年，爱因斯坦在旧量子论的基础上提出了受激(感应)发射的概念，并在他的论文关于辐射的量子理论中首次给出了能态之间跃迁的新认识.他认为，在气体分子(普朗克谐振子)的能态跃迁中，存在两种不同的辐射过程：一种是由高能级到低能级的自发辐射，一种是由于频率响应从高能级到低能级的受激辐射.受激辐射概念的提出，实际上已为激光器的发明奠定了理论基础. 1921年，美国赫耳发明的磁控管能产生微波振荡，使人类开始了微波的研究;1924年物理学家托耳曼根据原子、分子系统内激发态上粒子数分布的情况，指出可以得到负吸收或放大，并在实验中观察到了这种机制引起的吸收系数的变化;1928年，拉登伯格和科普夫曼在气体放大的色散测量中，观测到由于受激辐射所引起的负色散现象;1934年，美国的斯勒特和维维里曼做了波长1～4cm的各种磁控管，将产生的微波射向充有氨气(NH3)的橡皮球，发现氨分子在1.3cm波长处有强烈的吸收，这是用相干振荡器发现电磁波和分子相互作用的最早实验，也是电磁波谱学的最早实验;1938年，捷尼克在计算各种干涉条件下的光束强度中提出相干度的.概念.应该说，所有这些研究成果都有助于认识受激辐射概念的实际意义.
1939年，法布里坎特在讨论气体放电的发光机理时，提出用实验来证实负吸收的存在，他分析了由负吸收产生光放大的可能性，以及由此所引起的光强度和方向性增加的问题.他根据拉登伯格发现的吸收系数、爱因斯坦系数与粒子数分布的关系指出：要使辐射通过介质不但不衰减而且还要放大的话，必须实现粒子数反转.法布里坎特的这一见解，是从爱因斯坦受激辐射理论向构思激光器技术原理迈出的极为重要的一步，因为它指出了产生激光的最重要的条件.
1946年，美国和英国几乎发现氨分子谱线中的精细结构和超精细结构，并开始了微波波谱学的研究;1950年，卡斯特勒提出用抽运方法实现粒子数反转的设想;1951年，珀塞尔和庞德在美国哈佛大学研究核磁共振时，第一次在实验上用核磁共振实现负温度状态.同年，物理学家汤斯首次提到实现微波受激放大的可能性，他设想用分子而不是用自由电子来实现微波放大，如果使处在微波激发态的氨分子数大于处在低能态的氨分子数，则受激发射就会占优势，于是能观察到微波发射谱，并可能放大.1954年，汤斯等人成功地制成了氨分子激射器，共振频率为23.87GHz(波长1.25cm)，功率为10-8W，这是实验室内最早观察到的微波分子发射谱，氨激射器是世界上第一台辐射的受激发射微波放大的装置，简称脉塞(Maser).
1955年，前苏联物理学家巴索夫和普罗霍洛夫提出得到Maser的受激分子的另一种可能途径，他们指出具有三个或四个能级的原子、分子系统，用高频电磁波造成粒子数反转，在高能态和居间能态之间或居间能态与低能态之间的跃迁频率有可能得到放大.1956年，汤斯正式提出Maser能被无线电波甚至被光波泵浦.同年，美国科学家布罗贝尔金独立地发现了三个能级泵浦方法，并建议能级固态Maser用Ni-Zn氟硅酸盐和Ga-La乙基硫酸盐.1956～1958年，三能级固体量子放大器问世，使厘米波和分米波的高灵敏度接收成为可能，并很快用于射电天文、雷达和宇宙通信的灵敏的低噪声前置放大器.1958年12月，肖洛和汤斯在美国物理评论杂志上发表文章，讨论了谐振腔、工作物质和抽运方式等一系列问题，对他们所提出的在光波波段工作的量子放大器设计方案进行了详细的理论分析，预言了采用法布里-珀罗干涉仪作为开式谐振腔的选模作用，以及激光的相干性、方向性、线宽和噪声等性质.至此，把微波量子放大器扩展到光波波段的理论基础和技术已基本完备，激光器这个现代科技的宠儿，即将临产了.
1960年7月，休斯研究所的一个从事红宝石微波量子放大器研制工作的年轻人梅曼，大体上按照肖洛和汤斯的设计构思，用一种装有被氙放电管抽运红宝石棒非常简单的装置，成功地制造并运转了第一台激光器红宝石脉冲激光器(工作波长为0.6943m).从此，小说家们所幻想的死光，在科学理论的指导和助产下，终于奇迹般地出现了.
此后，激光又得到进一步的发展和应用.1961～1965年，激光光谱用于大气污染分析，半导体激光器用于激光通信，CO2激光器用于激光熔炼，激光切割激光钻孔.1968～1969年，月球上设置激光反射器，地面与卫星联系.1982年，发明激光全息术.1980～1990年，激光外科手术、通信、光盘、激光武器等出现.
激光技术是现代物理学和现代科学技术相结合孕育出来的一门科学技术，它的发展历史不仅充分显示出物理科学理论对技术发明的预见性，而且它本身又作为现代科学技术家族中的一个优等生，也大大促进和推动着现代物理学和现代科学技术的发展.
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