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资料来源:1959年10月,32岁的西奥多·迈曼(Theodore Maiman)只是一名来历不明的年轻物理学家。当时,他正在研究用一种粉红色的红宝石晶体制作一种叫做光学脉泽的东西。这个项目开始得不好。默曼实验室的其他人质疑这项研究的意义。然而,默曼的坚持证明了他们都错了。1960年5月16日,默曼成功地创造了一种在自然界中找不到的光,这彻底改变了历史的进程。在此之前,对光的研究仍然局限于恒星、蜡烛、光和其他光源的照明。

这些光源含有大量的原子或分子,这些原子或分子以独立和随机的方式释放储存的能量,这一过程称为自发辐射。在他设计的装置中,一个原子的发射会引起另一个原子的发射,称为受激发射,标志着激光受激发射光放大的诞生。默曼和他的激光(1960年7月)。|图片来源:维基百科激光的诞生并不是因为一个人的发明,而是因为几十年的科学观察和想法。1905年,爱因斯坦提出了光子存在的假设。他成功地解释了光电效应,即由于光入射到金属板上而使电子从表面溢出的效应。

1917年,他开始思考光子是如何从原子中发射出来的。在一篇题为《辐射的量子理论》的论文中,他提出在原子与光子的相互作用中可能有三种不同的过程:吸收(即原子吸收光子并获得能量的过程,变成激发态)、自发辐射(即,受激原子通过释放光子而失去能量的过程)、受激发射(即受激原子通过释放光子而失去能量)光子被另一个光子释放并失去能量的过程。1953年,物理学教授查尔斯哈德汤森(Charles hard town)和他的研究生詹姆斯戈登(James Gordon)和赫伯特泽格(Herbert Zeiger)发明了第一个实用微波激射器,一种能够发射相干微波辐射脉冲的装置。

同时,苏联的尼古拉巴索夫和普罗霍罗夫独立开发了自己的版本,可以发射连续的微波束而不是一系列的脉冲。在脉泽之后,许多研究人员开始转向制造“可见光”版本的设备,包括Townsend和贝尔实验室的Arthur Leonard Schawlow。最初他们称这种装置为“光脉泽”。这个新设备的挑战在于它的尺寸。可见光的波长远小于微波的波长,器件的设计需要与波长等效,这就大大增加了新器件的制造难度。然而,贝尔实验室于1958年成功地申请了第一项光学脉泽专利。

大约在同一时间,哥伦比亚大学的学生Gordon Gould出版了现在被称为“激光”的书。1957年,古尔德在实验室笔记的第一页定义了“激光”这个词。|图片来源:1960年,在休斯研究实验室工作的梅尔曼成为第一个制造出可以运行的激光设备的人。它使用合成红宝石晶体作为受激发射的介质。红宝石晶体被制成立方体形状,吸收光线。默曼在红宝石的两端增加了一层银镜,一层比另一层薄,允许一些光线以光束的形式逸出。他使用闪光管为晶体的原子提供能量,并将整个装置置于抛光的铝管中。

最后,他成功地使器件发出了高亮度、高强度的单色红光脉冲。激光时代即将到来。1960年,默曼在《自然》杂志上发表了一篇论文。|图片来源:维基百科Merman在《自然》杂志上发表了题为“红宝石中的受激光辐射”的文章。这篇文章只有两个简单的图表,总字数不到300个。与许多重要的现代出版物不同,这篇文章甚至没有一个结尾段落来想象这一发现可能导致什么样的科技进步。本文所提供的设备设计图非常简单。60年来,科学家和公众对激光和激光的许多应用习以为常,这在一定程度上导致许多人忽视了激光在科学研究中的关键作用。

自1960年以来,许多诺贝尔物理学奖被授予激光领域或激光成就领域。1964年,汤森德、巴索夫和普罗霍罗夫获得了两次提名但从未获奖的诺贝尔物理学奖;为了表彰他们在量子电子学领域的基本工作,这导致了基于激光原理的振荡器和放大器的建造。1966年,阿尔弗雷德·卡斯特勒因其光泵技术获得了另一个奖项。不久之后,大量不同的激光制造新机制开始出现。20世纪下半叶,激光已成为研究、医学和工业的重要工具。在过去的20年里,更多的诺贝尔奖颁发给了由于使用激光而成为可能的科学技术。

例如,利用超高速激光进行精确测频的光学频率梳,在计量、光谱学、天文学等领域有着广泛的应用;例如,光镊是另一种利用激光的新技术,可以用来拾取和移动小颗粒。2018年诺贝尔物理学奖再次授予激光物理学。其中一位获奖者阿瑟·阿什金是光学镊子的发明者。另外两位获奖者,杰拉德·穆鲁和唐娜·斯特里克兰,为创造最短最强的激光脉冲铺平了道路。激光的出现给我们带来了许多奇妙的惊喜。它以前所未有的方式揭示了光与物质之间的不寻常相互作用,催生了非线性光学的丰硕研究领域。

自1960年5月16日迈曼首次成功使用激光以来,已经60年了。近60年来,激光广泛应用于光谱学、外科学、生物学、分子成像等一系列领域,给科学和社会带来了革命性的变化。/HTTP://www.wired.com/2008/05/dayintech-0516-2/。

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