诺贝尔奖上的激光技术

2012-10-09 09:43

　　布洛姆伯根将各种非线性光学效应应用于原子、分子和固体光谱学的研究，逐渐形成了激光光谱学的一个新的研究领域，即非线性光学的光谱学。在非线性光学的研究中，他建立了许多非线性光学的光谱学方法。其中，最为重要的是“四波混频”法，即利用三束相干光的相互作用在另一方向上产生第四束光，以便产生红外波段和紫外波段的激光。利用这一方法及共振增强效应，可以高精度地确定原子、分子或固体中的能级间隔。此外，他还提出了一个能够描述液体、金属和半导体等物质的非线性光学现象的理论。布洛姆伯根对非线性光学的发展以及对一系列非线性效应的发现，大大地扩展了激光波长的范围，使适用于光谱学研究的激光波段从紫外区、可见光区一直覆盖到近、远红外区。

　　查尔斯·哈德·汤斯，美国物理学家，在量子电子学领域的基础研究成果，为微波激射器、激光器的发明奠定理论基础

　　雷达技术涉及到微波的发射和接收，而微波是指频谱介于红外和无线电波之间的电磁波。在哥伦比亚大学，汤斯以最全面的方式孜孜不倦地致力于这个课题。汤斯渴望有一种产生高强度微波的器件。通常的器件只能产生波长较长的无线电波，若打算用这种器件来产生微波，器件结构的尺寸就必需极小，以致于无实际实现的可能性。1951年的一个早晨，汤斯坐在华盛顿市一个公园的长凳上等待饭店开门，以便去进早餐。这时他突然想到，如果用分子，而不用电子线路，不是就可以得到波长足够小的无线电波吗？分子具有各种不同的振动形式，有些人发子的振动正好和微波波段范围的辐射相同。问题是如何将这些振动转变为辐射。就氨分子来说，在适当的条件下，它每秒振动24，000，000，000次，因此有可能发射波长为1.25厘米的微波。他设想通过热或电的方法，把能量泵入氨分子中，使它们处于“激发“状态。然后，再设想使这些受激的分子处于具有和氨分子的固有频率相同的微波束中---这个微波束的能量可以是很微弱的。一个单独的氨分子就会受到到这一微波束的作用，以同样波长的数波形式放出它的能量，这一能量双继而作用于另一个氨分子，使它也放出能量。这个很微弱的入射微波束相当于起立脚点对一场雪崩的促发作用，最后就会产生一个很强的微波束。最初用来激发分子的能量就全部转变为一种特殊的辐射。汤斯在公园的长凳上思考了所有这一切，并把一些要点纪录在一只用过的信封的反面。（科学史上又一件带浪漫色彩的事实！）1953年12月，汤斯和他的学生终于制成了按上述原理工作的的一个装置，产生了所需要的微波束。这个过程被称为“受激辐射微波放大”。

　　1958年，汤斯和新泽西州贝尔实验室的阿瑟-肖洛（ArthurSchawlow）曾计划制造一种在红外和可见光区工作的激射器，但直到1960年第一台光激射器才制造出来。

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