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世界上第一台激光器--红宝石激光器的诞生

2008-06-11 10:22
瑾年Invader
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    激光的最初中文名叫做“镭射”、“莱塞”,是它的英文名称LASER的音译,是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词的头一个字母组成的缩写词,意思是“受激辐射的光放大”。    

    什么叫做“受激辐射”?它基于伟大的科学家爱因斯坦在1916年提出了的一套全新的理论。这一理论是说在组成物质的原子中,有不同数量的粒子(电子)分布在不同的能级上,在高能级上的粒子受到某种光子的激发,会从高能级跳到(跃迁)到低能级上,这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光,而且在某种状态下,能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这就叫做“受激辐射的光放大”,简称激光。    

    一个科学的理论从提出到实现,往往要经过一段艰难的道路。爱因斯坦提出的这个理论也是如此。它很长一段时间被搁置在抽屉里无人问津。    

    1950年,波尔多一所中学的教师阿尔弗雷德·卡斯特勒同让·布罗塞尔发明了“光泵激”技术。这一发明后来被用来发射激光,并使他在1966年获得了诺贝尔物理学奖。    

    激光器的发明实际上提出了更多的问题。它必须使反射谐振器适应极短的波长。1951年,美国哥伦比亚大学的一位教授查尔斯·汤斯(Townes)对微波的放大进行了研究,经过三年的努力,他成功地制造出了世界上第一个“微波激射器”,即“受激辐射的微波放大”的理论。汤斯在这项研究中花费了大量的资金,因此他的这项成果被人们起了个绰号叫做“钱泵”,说他的这项研究花了很多的钱。后来汤斯教授和他的学生阿瑟·肖洛(Schawlow,诺贝尔物理奖的获得者)想,既然我们已经成功地研究了微波的放大,就有可能把微波放大的技术应用于光波。1958年,汤斯和肖洛在《物理评论》杂志上发表了他们的“发明”——关于“受激辐射的光放大”(即LASER)的论文。但是在实际中建造激光器还有许多困难,人们对激光的性质和作用都还没有清楚的认识。于是汤斯教授和肖洛并没有在此基础上继续进行研究和实验,结果这项研究的成果被第三者利用了。这位第三者的名字叫西奥多·梅曼(Maiman)。    

    梅曼是美国加利福尼亚州休斯航空公司实验室的研究员。在梅曼开始建造他的红宝石激光器之前,有人断言红宝石绝不是制造激光的好材料,而肖洛也支持这种观点。这使得很多人中止了用红宝石来制造激光的尝试,但梅曼却怀疑这个说法。为此,他花了一年的时间专门测量和研究红宝石的性质,终于发现上述论断所依据的基础是错误的,而红宝石确是制造激光器的好材料。从此他着手建造那个世界上第一台激光器。他的准备工作十分地详细完备,1960年7月,梅曼在加利福尼亚的休斯空军试验室进行了人造激光的第一次试验,当按钮按下时,第一束人造激光就产生了。这束仅持续了3亿分之一秒的红色激光标志着人类文明史上一个新时刻的来临。    

    这样,世界上第一台激光器--红宝石激光器诞生了。它是一种固体激光器,它的激励系统是一支能突然爆发出强光的螺旋形闪光管,激光物质是一个插在螺旋管中间的4厘米长的圆柱形宝石棒,这种红宝石的主要成份是混有铬离子的氧化铝。在红宝石棒上缠有闪光玻璃管以便让晶体受光线照耀红宝石,经闪光管发出的光照射后,发出激光,通过光学谐振腔的加强和调节后,便射出一强有力的激光。

(编辑:文静)

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