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1. 奇妙的激光
20 世纪初， 爱因斯坦关于光电效应的研究和关于辐射理论的研究对现代光学的发展产生了深远的影响。这些基础理论的研究对后来微波和激光技术的发展具有决定的作用。
第二次世界大战后， 随着雷达和通信的发展， 人们加强了微波理论的研究。当时的人们非常关心微波振荡器和微波放大器的技术和它们的应用。所取得的成功， 还有一段颇富戏剧性的发展过程。
美国贝尔实验室有一位颇具才华的年轻人， 他的名字叫汤斯。大战期间， 他参加了雷达技术的研究工作， 为气体微波波谱学的建立做出了重要的贡献。战后， 汤斯来到了美国哥伦比亚大学做物理学教授。
1951 年春， 汤斯和一位博士后研究生肖洛一起去华盛顿参加学术会议。他们二人住在同一房间。由于汤斯准备报告有关微波振荡器的研究情况。清晨， 他醒得很早， 为了不影响别人的休息， 他到附近的公园去散步。
汤斯的脑海中一直萦绕着往日的失败， 他在苦苦地思索着失败的原因。汤斯认为， 产生微波振荡的装置应是很小的， 但技术上的难点如何突破呢？
公园内， 迎面吹来的晨风给汤斯的大脑中注入一支奇妙的清醒剂。使他心胸豁然开朗， 其思维顿觉灵敏， 几分钟内， 悄然地降临了一种启示――应找寻合适的分子来满足振荡之需。
1953 年， 汤斯与他的研究生戈登终于获得成功。他们将氨分子作为微波振荡的工作物质， 氨分子在振荡过程中可以放出频率为24 ×109 赫兹的电磁波， 它的波长为1. 25 厘米， 属于微波范围。
汤斯他们的装置是将氨分子固定在较高能级上， 再利用波长适当的微波光子去激励氨分子。只需少量微波光子， 便能放射出大量相同的微波光子。这就是说， 入射的微波被放大了许多倍。因此， 汤斯的装置就被称做微波激射器， 也有译为“脉塞”或“脉泽”的。
汤斯研制成功第一台氨分子微波激射器之后， 各种微波激射器应运而生， 并且大大拓宽了它们的应用范围。例如， 美国通信卫星就采用微波激射器放大信号。特别是， 科学家要探测太空中的电波， 用微波激射器可以非常灵敏地接收到外层空间的极其微弱的微波来， 并且高保真地放大， 保证这些原始射线的特性不被歪曲和丢失。
微波激射器的成功并未使汤斯停步。1957 年， 汤斯曾考虑产生波长更短的装置， 汤斯先拟定一个方案， 并在访问贝尔实验室时， 同毕业后到贝尔实验室工作的肖洛一起讨论了这个方案。讨论时， 他得知肖洛也在进行这方面的思考。肖洛对于汤斯的方案提出了一个又十分关键的建议， 即改造原来的振荡装置， 进行了计算。进一步地深入研究之后， 他们一起将这个方案发表在《物理评论》杂志上。
1960 年， 美国休斯实验室的物理学家梅曼首先研制成功一台以红宝石为工作物质的激光器， 简称红宝石激光器。
当年年底， 贝尔实验室的伊朗物理学家贾万研制成功以氦气氖气为工作物质的激光器。
无独有偶， 50 年代， 原苏联的一些物理学家也在进行激光理论的研究。巴索夫和普罗霍洛夫在1952 年就提出了微波激射器的研究论文。巴索夫还在1958 年提出了半导体激光器的研究论文， 60 年代， 半导体激光器也研制成功。
微波激射器和激光理论的研究具有重要的意义， 为此汤斯、巴索夫和普罗霍洛夫获得了1964 年的诺贝尔物理学奖， 17 年后( 1981 年)， 肖洛也获得了诺贝尔的物理奖。
微波激射器和激光作为一种强有力的探测工具， 在许多研究领域中发挥着重要的作用。
1965 年， 贝尔实验室的彭齐亚斯和威尔逊利用微波激射器成功地发现了宇宙空间中存在着一种微波辐射， 这种微波辐射是宇宙膨胀着的一种证据， 从而有力地证明了宇宙“大爆炸”的理论， 他们也因此获得了1978 年的诺贝尔物理奖。激光是一种质量极好的光源， 那么它有哪些特性呢？
1. 方向性好。使用普通光源的探照灯， 在照射路径达几公里时， 它的光束就达几十米的范围， 而激光束则只扩散几厘米。
2. 亮度高。由于它的方向性好， 因此其光束使能量集中在一极小的范围内， 它的亮度可达到很高。例如， 一台输2出功率为109 瓦/ 厘米的红宝石激光器， 它的亮度可达10152瓦/ 厘米・球面度。这样的亮度是太阳亮度的几十亿倍。
3. 单色性好。通俗地讲， 激光束的颜色极纯。普通光源是氪气灯的单色性最好， 但质量比激光束还要差10 万倍， 而一般光源则要差100 亿倍。
4. 相干性强。这是与单色性相关的一个特性。由于它的相干性强， 如果利用激光测距， 它的误差就很小。例如， 地球的各个大陆板块在漂移， 其漂移的速度是很小的， 通常是无法测量的， 但是利用激光测距就可以实现。
5. 信息容量大。这也是光通信得以实现的必要条件。
激光有如此好的品质， 使它具有极其广泛的应用范围。例如， 激光加工、激光测距、激光通信、激光核聚变、全息照相术、激光治疗疾病， 等等。
第二次世界大战后， 随着雷达和通信的发展， 人们加强了微波理论的研究。当时的人们非常关心微波振荡器和微波放大器的技术和它们的应用。所取得的成功， 还有一段颇富戏剧性的发展过程。
美国贝尔实验室有一位颇具才华的年轻人， 他的名字叫汤斯。大战期间， 他参加了雷达技术的研究工作， 为气体微波波谱学的建立做出了重要的贡献。战后， 汤斯来到了美国哥伦比亚大学做物理学教授。
1951 年春， 汤斯和一位博士后研究生肖洛一起去华盛顿参加学术会议。他们二人住在同一房间。由于汤斯准备报告有关微波振荡器的研究情况。清晨， 他醒得很早， 为了不影响别人的休息， 他到附近的公园去散步。
汤斯的脑海中一直萦绕着往日的失败， 他在苦苦地思索着失败的原因。汤斯认为， 产生微波振荡的装置应是很小的， 但技术上的难点如何突破呢？
公园内， 迎面吹来的晨风给汤斯的大脑中注入一支奇妙的清醒剂。使他心胸豁然开朗， 其思维顿觉灵敏， 几分钟内， 悄然地降临了一种启示――应找寻合适的分子来满足振荡之需。
1953 年， 汤斯与他的研究生戈登终于获得成功。他们将氨分子作为微波振荡的工作物质， 氨分子在振荡过程中可以放出频率为24 ×109 赫兹的电磁波， 它的波长为1. 25 厘米， 属于微波范围。
汤斯他们的装置是将氨分子固定在较高能级上， 再利用波长适当的微波光子去激励氨分子。只需少量微波光子， 便能放射出大量相同的微波光子。这就是说， 入射的微波被放大了许多倍。因此， 汤斯的装置就被称做微波激射器， 也有译为“脉塞”或“脉泽”的。
汤斯研制成功第一台氨分子微波激射器之后， 各种微波激射器应运而生， 并且大大拓宽了它们的应用范围。例如， 美国通信卫星就采用微波激射器放大信号。特别是， 科学家要探测太空中的电波， 用微波激射器可以非常灵敏地接收到外层空间的极其微弱的微波来， 并且高保真地放大， 保证这些原始射线的特性不被歪曲和丢失。
微波激射器的成功并未使汤斯停步。1957 年， 汤斯曾考虑产生波长更短的装置， 汤斯先拟定一个方案， 并在访问贝尔实验室时， 同毕业后到贝尔实验室工作的肖洛一起讨论了这个方案。讨论时， 他得知肖洛也在进行这方面的思考。肖洛对于汤斯的方案提出了一个又十分关键的建议， 即改造原来的振荡装置， 进行了计算。进一步地深入研究之后， 他们一起将这个方案发表在《物理评论》杂志上。
1960 年， 美国休斯实验室的物理学家梅曼首先研制成功一台以红宝石为工作物质的激光器， 简称红宝石激光器。
当年年底， 贝尔实验室的伊朗物理学家贾万研制成功以氦气氖气为工作物质的激光器。
无独有偶， 50 年代， 原苏联的一些物理学家也在进行激光理论的研究。巴索夫和普罗霍洛夫在1952 年就提出了微波激射器的研究论文。巴索夫还在1958 年提出了半导体激光器的研究论文， 60 年代， 半导体激光器也研制成功。
微波激射器和激光理论的研究具有重要的意义， 为此汤斯、巴索夫和普罗霍洛夫获得了1964 年的诺贝尔物理学奖， 17 年后( 1981 年)， 肖洛也获得了诺贝尔的物理奖。
微波激射器和激光作为一种强有力的探测工具， 在许多研究领域中发挥着重要的作用。
1965 年， 贝尔实验室的彭齐亚斯和威尔逊利用微波激射器成功地发现了宇宙空间中存在着一种微波辐射， 这种微波辐射是宇宙膨胀着的一种证据， 从而有力地证明了宇宙“大爆炸”的理论， 他们也因此获得了1978 年的诺贝尔物理奖。激光是一种质量极好的光源， 那么它有哪些特性呢？
1. 方向性好。使用普通光源的探照灯， 在照射路径达几公里时， 它的光束就达几十米的范围， 而激光束则只扩散几厘米。
2. 亮度高。由于它的方向性好， 因此其光束使能量集中在一极小的范围内， 它的亮度可达到很高。例如， 一台输2出功率为109 瓦/ 厘米的红宝石激光器， 它的亮度可达10152瓦/ 厘米・球面度。这样的亮度是太阳亮度的几十亿倍。
3. 单色性好。通俗地讲， 激光束的颜色极纯。普通光源是氪气灯的单色性最好， 但质量比激光束还要差10 万倍， 而一般光源则要差100 亿倍。
4. 相干性强。这是与单色性相关的一个特性。由于它的相干性强， 如果利用激光测距， 它的误差就很小。例如， 地球的各个大陆板块在漂移， 其漂移的速度是很小的， 通常是无法测量的， 但是利用激光测距就可以实现。
5. 信息容量大。这也是光通信得以实现的必要条件。
激光有如此好的品质， 使它具有极其广泛的应用范围。例如， 激光加工、激光测距、激光通信、激光核聚变、全息照相术、激光治疗疾病， 等等。
