激光器的發明
激光器的發明是20世紀科學技術的一項重大成就。它使人們終于有能力駕駛尺度極小、數量極大、運動極混亂的分子和原子的發光過程，從而獲得產生、放大相干的紅外線、可見光線和紫外線（以至X射線和γ射線）的能力。激光科學技術的興起使人類對光的認識和利用達到了一個嶄新的水平。

激光器的誕生史大致可以分為幾個階段，其中1916年愛因斯坦提出的受激輻射概念是其重要的理論基礎。這一理論指出，處于高能態的物質粒子受到一個能量等于兩個能級之間能量差的光子的作用，將轉變到低能態，并產生第二個光子，同第一個光子同時發射出來，這就是受激輻射。這種輻射輸出的光獲得了放大，而且是相干光，即如多個光子的發射方向、頻率、位相、偏振完全相同。

此后，量子力學的建立和發展使人們對物質的微觀結構及運動規律有了更深入的認識，微觀粒子的能級分布、躍遷和光子輻射等問題也得到了更有力的證明，這也在客觀上更加完善了愛因斯坦的受激輻射理論，為激光器的產生進一步奠定了理論基礎。20世紀40年代末，量子電子學誕生后，被很快應用于研究電磁輻射與各種微觀粒子系統的相互作用，并研制出許多相應的器件。這些科學理論和技術的快速發展都為激光器的發明創造了條件。

如果一個系統中處于高能態的粒子數多于低能態的粒子數，就出現了粒子數的反轉狀態。那么只要有一個光子引發，就會迫使一個處于高能態的原子受激輻射出一個與之相同的光子，這兩個光子又會引發其他原子受激輻射，這樣就實現了光的放大；如果加上適當的諧振腔的反饋作用便形成光振蕩，從而發射出激光。這就是激光器的工作原理。1951年，美國物理學家珀塞爾和龐德在實驗中成功地造成了粒子數反轉，并獲得了每秒50千赫的受激輻射。稍后，美國物理學家查爾斯·湯斯以及蘇聯物理學家馬索夫和普羅霍洛夫先后提出了利用原子和分子的受激輻射原理來產生和放大微波的設計。

然而上述的微波波譜學理論和實驗研究大都屬于“純科學”，對于激光器到底能否研制成功，在當時還是很渺茫的。
但科學家的努力終究有了結果。1954年，前面提到的美國物理學家湯斯終于制成了第一臺氨分子束微波激射器，成功地開創了利用分子和原子體系作為微波輻射相干放大器或振蕩器的先例。

湯斯等人研制的微波激射器只產生了1.25厘米波長的微波，功率很小。生產和科技不斷發展的需要推動科學家們去探索新的發光機理，以產生新的性能優異的光源。1958年，湯斯與姐夫阿瑟·肖洛將微波激射器與光學、光譜學的理論知識結合起來，提出了采用開式諧振腔的關鍵性建議，并預防了激光的相干性、方向性、線寬和噪音等性質。同期，巴索夫和普羅霍洛夫等人也提出了實現受激輻射光放大的原理性方案。

此后，世界上許多實驗室都被卷入了一場激烈的研制競賽，看誰能成功制造并運轉世界上第一臺激光器。

1960年，美國物理學家西奧多·梅曼在佛羅里達州邁阿密的研究實驗室里，勉強贏得了這場世界范圍內的研制競賽。他用一個高強閃光燈管來刺激在紅寶石水晶里的鉻原子，從而產生一條相當集中的纖細紅色光柱，當它射向某一點時，可使這一點達到比太陽還高的溫度。

“梅曼設計”引起了科學界的震驚和懷疑，因為科學家們一直在注視和期待著的是氦氖激光器。

盡管梅曼是第一個將激光引入實用領域的科學家，但在法庭上，關于到底是誰發明了這項技術的爭論，曾一度引起很大爭議。競爭者之一就是“激光”(“受激輻射式光頻放大器”的縮略詞)一詞的發明者戈登·古爾德。他在1957年攻讀哥倫比亞大學博士學位時提出了這個詞。與此同時，微波激射器的發明者湯斯與肖洛也發展了有關激光的概念。經法庭最終判決，湯斯因研究的書面工作早于古爾德9個月而成為勝者。不過梅曼的激光器的發明權卻未受到動搖。

1960年12月，出生于伊朗的美國科學家賈萬率人終于成功地制造并運轉了全世界第一臺氣體激光器——氦氖激光器。1962年，有三組科學家幾乎同時發明了半導體激光器。1966年，科學家們又研制成了波長可在一段范圍內連續調節的有機染料激光器。此外，還有輸出能量大、功率高，而且不依賴電網的化學激光器等紛紛問世。

由于激光器具備的種種突出特點，因而被很快運用于工業、農業、精密測量和探測、通訊與信息處理、醫療、軍事等各方面，并在許多領域引起了革命性的突破。比如，人們利用激光集中而極高的能量，可以對各種材料進行加工，能夠做到在一個針頭上鉆200個孔；激光作為一種在生物機體上引起刺激、變異、燒灼、汽化等效應的手段，已在醫療、農業的實際應用上取得了良好效果；在通信領域，一條用激光柱傳送信號的光導電纜，可以攜帶相當于2萬根電話銅線所攜帶的信息量；激光在軍事上除用于通信、夜視、預警、測距等方面外，多種激光武器和激光制導武器也已經投入實用。

今后，隨著人類對激光技術的進一步研究和發展，激光器的性能和成本將進一步降低，但是它的應用范圍卻還將繼續擴大，并將發揮出越來越巨大的作用。

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