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世界第一台红宝石激光器诞生记

2014-01-15 09:45
铁马老言
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  1960年1月18日,美国加利福尼亚休斯实验室的西奥多·梅曼研制出了世界上第一台红宝石激光器。从此,激光科学和技术得到了异常迅速的发展。

  激光素有神奇光之称。如今,你只要稍加留意,就会发现激光就在我们身边:激光唱机的动听乐曲不断回荡在楼宇之间;激光影碟机悄然走进了千家万户;商场里商品贴的是激光防伪标志;激光照排则包揽了所有的报刊杂志。我们远隔千里就可以同亲人朋友通话,也是激光的功劳,因为光纤传送的正是激光。激光雕刻细致入微,精确无比,可在钢板、水晶等高强度材料上雕刻,广泛应用于工业打标、激光成型、礼品标牌。

  1960年5月15日,在休斯公司的一个研究室里,年轻的美国物理学家梅曼正在进行一项重要的实验。他的实验装置里有一根人造红宝石棒。突然,一束深红色的亮光从装置中射出,它的亮度是太阳表面的4倍!这是一种完全新型的光,科学家渴望多年而自然界中并不存在的光,它被命名为Laser,是英文"受激辐射光放大"大缩写,这就是激光。产生激光的装置被称为激光器。激光和激光器的问世,被称为20世纪最重大的科学发现之一。

  红宝石激光器的工作物质是红宝石棒。在激光器的设想提出不久,红宝石就被首先用来制成了世界上第一台激光器。激光用红宝石晶体的基质是Al2O3,晶体内掺有约0.05%(重量比)的Cr2O3。Cr3+密度约为,1.58×1019/厘米3。Cr3+在晶体中取代Al3+位置而均匀分布在其中,光学上属于负单轴晶体。在Xe(氙)灯照射下,红宝石晶体中原来处于基态E1的粒子,吸收了Xe灯发射的光子而被激发到E3能级。粒子在E3能级的平均寿命很短(约10-9秒)。大部分粒子通过无辐射跃迁到达激光上能级E2。粒子在E2能级的寿命很长,可达3×10-3秒。所以在E2能级上积累起大量粒子,形成E2和E1之间的粒子数反转,此时晶体对频率ν满足hν=E2—E1(其中h为普朗克常数,E2、E1分别为激光上、下能级的能量)的光子有放大作用,即对该频率的光有增益。当增益G足够大,能满足阈值条件时,就在部分反射镜端有波长为6943×10-10米的激光输出。

  在第一台激光器获得成功后,梅曼又继续对激光器在医学治疗上的应用进行研究,尽管当时的公众认为这是一种“致死”的光线。不过,由于休斯公司并没有再对激光器的潜在应用进行更多的投入,梅曼选择了离开并于1961年创办了自己的Korad公司。

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