激光誕生史:愛(ài)因斯坦抽屜里的一攤紙如何成為改變世界的力量
1917年,愛(ài)因斯坦提出了光與物質(zhì)互相作用技術(shù)理論,大意是物質(zhì)的原子中,有不同數(shù)量的電子分布在不同的能級(jí)上,在高能級(jí)上的電子受到某種光子的激發(fā),會(huì)從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)上,這時(shí)將會(huì)輻射出與激發(fā)它的光相同性質(zhì)的光,在某種狀態(tài)下,能出現(xiàn)一個(gè)弱光激發(fā)出一個(gè)強(qiáng)光的現(xiàn)象。這就是激光——受激輻射的光放大理論來(lái)源。

那是一個(gè)物理變革與世界形勢(shì)風(fēng)云變幻的時(shí)代,一項(xiàng)又一項(xiàng)顛覆而驚人的發(fā)現(xiàn)發(fā)明不斷問(wèn)世,一出又一出的革命此起彼伏,世界時(shí)時(shí)刻刻都在感受著進(jìn)步與發(fā)展。人們被更重大的事情吸引了注意,忙于探索,忙于參與,相較之下,激光理論并沒(méi)有受到重視,很長(zhǎng)一段時(shí)間里,受激輻射的光放大理論被擱置在抽屜里無(wú)人問(wèn)津。
直到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束之后,世界局勢(shì)趨于平穩(wěn),勃發(fā)的消費(fèi)需求刺激了應(yīng)用性技術(shù)的發(fā)展,人們這才注意到鎖在柜子里的受激輻射光放大原理,并開(kāi)始投入其中。1953年,美國(guó)科學(xué)家湯斯通過(guò)加熱氨分子的方法,激發(fā)出微波束,成功驗(yàn)證了理論。

1958年,湯斯和他的學(xué)生肖洛意外發(fā)現(xiàn),將氖光燈泡發(fā)射的光照在一種稀土晶體上時(shí),晶體的分子會(huì)發(fā)出鮮艷的、始終會(huì)聚在一起的強(qiáng)光。從這一現(xiàn)象入手,他們提出了激光原理,即物質(zhì)在受到與其分子固有振蕩頻率相同的能量激發(fā)時(shí),都會(huì)產(chǎn)生這種不發(fā)散的強(qiáng)光–激光。這一理論的出現(xiàn),為激光技術(shù)投入實(shí)際應(yīng)用鋪平了道路,靠著這一發(fā)現(xiàn),這對(duì)師生共同獲得了1964年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
應(yīng)用理論的出現(xiàn)帶動(dòng)了激光研究的熱情,美國(guó)加利福尼亞州休斯實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家梅曼開(kāi)始研究紅寶石激光器,然而過(guò)程稱不上順利——當(dāng)時(shí)的部分學(xué)界并不看好紅寶石能作為制造激光的材料,連理論的發(fā)現(xiàn)者肖洛也支持這種觀點(diǎn),這致使很多人終止了紅寶石相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。此之外,梅曼當(dāng)時(shí)的主管也反對(duì)激光器研究,好在梅曼從政府手上申請(qǐng)到了五萬(wàn)美元研究經(jīng)費(fèi),研究得以繼續(xù)。

梅曼在一年的時(shí)間里反復(fù)研究和測(cè)量紅寶石的性質(zhì),最終發(fā)現(xiàn)紅寶石就是制造激光的好材料——這位科學(xué)家在紅寶石的表面鉆上一個(gè)孔,并鍍上反光鏡,讓紅光從孔中射出,由此產(chǎn)生一條纖細(xì)的高能光柱,當(dāng)紅光照射而出的時(shí)候,世界上第一臺(tái)激光器也就此誕生。功夫不負(fù)有心人,1960年7月,這臺(tái)紅寶石激光器宣告了激光理論的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用,40年前黑板上的構(gòu)想,終于成為了觸手可及的現(xiàn)實(shí)。
第一臺(tái)激光器在美國(guó)誕生后不久,前蘇聯(lián)科學(xué)家巴索夫也在同年發(fā)明了半導(dǎo)體激光器,次年,伊朗科學(xué)家A.賈文等人制成了氦氖激光器。之后,相關(guān)研究在國(guó)內(nèi)展開(kāi),中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光機(jī)所主辦邀請(qǐng)錢學(xué)森為L(zhǎng)ASER命名(受激輻射光放大的英文全稱是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation,激光的英文就是全稱的簡(jiǎn)寫首字母LASER。),錢學(xué)森建議中文命名激光,在上海召開(kāi)的第三屆光量子放大器學(xué)術(shù)會(huì)經(jīng)討論后正式采納了該建議,由此LASER正式翻譯成激光。
之后的路程,就是激光開(kāi)始走入工業(yè)應(yīng)用,迸發(fā)出強(qiáng)烈生命力的征程了。時(shí)過(guò)境遷,當(dāng)初被鎖在柜子里的激光理論,如今已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域大放光彩,成為現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)最得力的幫手,高效精準(zhǔn)的激光加工設(shè)備,深入滲透到了制造加工的方方面面,極大的提高了生產(chǎn)效率,成為其中必不可少的一環(huán)。激光的成功,離不開(kāi)時(shí)代的呼應(yīng),更離不了開(kāi)拓者們孜孜不斷地探索,感謝先行者的努力,賦予了科技改變世界的能力。