神通激光

第五节 现代科学的奇葩

　　人类需要光源。为了冲破天然光源的限制，人们对光源进行了长期研究，创造出了各种各样的人造光源，从豆油灯、煤油灯、蜡烛，到白炽灯、日光灯、弧光灯、霓虹灯、高压钠灯、高压脉冲氙灯……

　　到20世纪初，人类对光的本质的认识已日臻完善。从那个时候起，科学家们拿着“光量子”这把金钥匙，打开原子结构的大门，揭示物质发光的“核心机密”，开始步入创造现代新光源的广阔的天地……

　　说起这件事，要追溯到1916年。著名的物理学家爱因斯坦在研究“黑体辐射”定律时，提出光的吸收和发射可经由受激吸收、受激辐射和自发辐射3种基本过程，预言构成物质的原子或分子可以通过“受激辐射”的形式进行光的放大。这就意味着，光可以“放大”，从而形成一种强大的光束！

　　但是，那个时候，由于科学技术和生产力发展水平所限，还没有提出对“光放大”的实际需要。“激光”这个宝宝也就不可能超越时代的需求而创造出来。

　　直到20世纪40年代末50年代初，光学技术和微波无线电技术蓬勃发展，人们才迫切地感到需要一种可以控制光的产生和放大的“光波振荡器”，就像无线电波可以通过“无线电波振荡器”来产生和控制那样。当时，一批目光敏锐而又勇于创新的年轻科学家，如美国的汤斯、苏联的巴索夫和普洛霍洛夫顺应科学发展的潮流，开始向30多年前爱因斯坦预言的科学领域挺进，几乎同时提出了利用物质的原子、分子受激辐射来产生和放大电磁波的崭新的科学思想。

　　1954年，美国物理学家汤斯和他的同事采用氨分子做实验，第一次制成了氨分子微波激射放大的实验装置。这是一台波长1.25厘米的“分子振荡器”，是最早在实验室内观察到的微波发射。他们把这种类型的系统叫做“辐射的受激发射微波放大”（英文名称的缩写Maser音译为“脉泽”）。1958年，美国的汤斯和肖洛、苏联的巴索夫和普洛霍洛夫分别提出了把量子放大的技术用于毫米波、亚毫米波以至可见光波段的可能性。科学家们开始向“光波量子振荡器”——“利用辐射的受激发射实现光的放大”（英文名称的缩写Laser音译为“莱塞”）发起了全面的进攻。

　　在1958年12月15日的《物理评论》杂志上，美国物理学家汤斯和肖洛发表了一篇关于激光的论文，成为最先发表激光器论述的作者。

　　在20世纪50年代末，许多科学家和研究小组都投入了“Laser”这场科学技术的攻坚和竞赛。

　　机遇总是属于那些有准备的有头脑的人。在美国休斯公司实验室里，有一位从事红宝石研究的年轻科学家梅曼，敏锐地看到“实现光波受激放大”的关键在于选择合适的工作物质，于是，他大胆地抓住时机进行实验。他采用一根红宝石棒作为工作物质，采取一种今天看来非常简单的办法，于1960年制成了世界上第一台激光器。

　　第一台激光器的诞生，揭开了制造和使用激光器的历史。一大批不同学科和技术背景的人投入到激光器的研制中来，发明创造了不同类型激光器百余种，有气体的、固体的、染料的、化学的、半导体的、准分子的，有一间房子装不下的，有比米粒还小的，名目繁多。

　　第一台激光器的诞生，标志着人类对光的认识和利用进入了一个新阶段，揭开了光学发展历史的新的一页。

　　光学是物理学中最古老的一门基础学科，经过300年的发展，似乎已经达到了顶峰，以至“山重水复疑无路”。激光的出现，使光学“柳暗花明又一村”，一度沉寂的光学焕发了青春活力，以空前未有的速度向前发展，成为现代物理学和现代科学技术领域里的一块最活跃的前沿阵地。

　　1961年9月，我国研制成功了自己的第一台红宝石激光器。

　　在我国，直到20世纪40年代末，光学技术和光学工业几乎还是空白，连一台高倍显微镜物镜都造不出来。新中国成立以后，仅仅用了10年时间，就奠定了我国应用光学技术基础。在这个基础上，一大批充满朝气、勇于开拓创新的青年科研人员，靠自己的智慧和双手，在新兴的激光领域里做出了出色的贡献。我国的激光科学研究从中国科学院长春光机所起飞……

　　1963年，中国科学院长春光机所成立，这是世界上第一座激光研究所。那年秋天，苏联部长会议主席在记者招待会上展示了一把用激光打了洞的钢板尺，以显示苏联的科技力量。几天以后，我国国家领导人到中国科学院院部视察，观看激光演示，我们的研究人员拿出了一把和苏联一样的钢板尺——一把用中国激光打了洞的钢板尺！

　　1964年，钱学森先生写信给光机所，建议把当时流行的光量子放大器、莱塞等名称统一定名为激光。这就是“激光”一词的由来，从此英文名称的缩写Laser也就译为“激光”了。

　　激光，时代的奇葩，如今已然成为现代科学技术舞台上的一颗璀璨的明星。激光技术被人们公认为是继量子物理学、无线电技术、原子能技术、半导体技术、电子计算机技术之后的又一重大科学技术新成就。激光由于它具有很好的单色性、相干性、方向性和高能量密度，在各种学科和技术领域纷纷得到应用，形成了一系列新的交叉科学和应用技术，如激光信息存储与处理、激光材料加工、激光物理、激光化学、激光医学、激光检测、激光计量、激光通讯、激光印刷、激光全息术、激光光谱学、激光核聚变、激光分离同位素、军用激光技术，不胜枚举。激光的应用已经远远超出了人们预料，有力地推动着一些基础学科和一系列应用技术的突破性进展。

　　我国的激光事业经过40多年的发展，在各个重要领域都取得了许多优秀科研成果、极大地促进了激光领域的技术进步和激光产业的前所未有的迅速发展。目前，全国共有5个国家级的激光技术研究中心，10多个产品研究机构，150多家公司生产和销售激光产品及配套产品，许多家公司已经形成了具有一定规模的生产能力，据统计2004年全国激光市场销售总额已超过百亿元。激光为我国国民经济提供了强有力的手段，激光在工业、农业、光纤通信、宽带网络、信息处理、医疗卫生、文化教育、科学研究和军事方面的应用取得了显著的经济效益和社会效益，对国民经济和社会发展发挥着愈来愈重要的作用。

　　§§第二章 优异的品格