激光的历史是一段充满探索与创新的旅程,从早期理论的提出到现代技术的广泛应用,每一个阶段都凝聚着科学家们的智慧和努力。以下是对激光历史的简要回顾。
一、激光的起源与基础理论
激光(LASER)是原子受激辐射的光放大产生的光,其理论基础最早可以追溯到1917年爱因斯坦提出的“受激发射”理论。当时爱因斯坦在解释黑体辐射定律时提出了这一假说,指出在组成物质的原子中,有不同数量的粒子分布在不同的能级上,当高能级上的粒子受到某种光子的激发时,会从高能级跳到低能级上,同时辐射出与激发它的光同样性质的光,且在某些状态下会出现一个弱光激发出一个强光的现象,这就是“受激辐射的光放大”,简称激光。
二、早期实验与发展
1.微波激射器的出现
1951年,美国物理学家查尔斯·哈德·汤斯设想用分子来实现微波波束的受激发射放大,并于1953年底制成了按上述原理工作的装置,产生了所需要的微波束,这一过程被称为“受激辐射的微波放大”,英文缩写为maser。这是激光器的前身。
2.激光原理的发现
1958年,美国科学家汤斯和他的学生阿瑟·肖洛将氖光照射在一种稀土晶体上,观察到了晶体发出的光会聚集成一条鲜艳的光线,从而发现了“激光原理”,并于1964年获得诺贝尔物理学奖。
三、第一台激光器的诞生及发展
1.红宝石激光器
1960年5月15日,美国加利福尼亚州休斯实验室的梅曼宣布获得了波长为0.6943微米的第一束激光。他的方案是利用一个高强闪光灯管来激发红宝石,由于红宝石在物理上是一种刚玉,其实质只是掺有铬原子的刚玉,所以当它受到刺激时就会发出一种红光。在表面镀了反光镜的红宝石的表面钻一个孔,使红光从中溢出,从而产生一条相当集中的纤细红色光柱。当它射向某一点时,可使其达到比太阳还高的温度,这就是人类有史以来得到的第一束激光。
2.其他类型激光器的发展
此后,各种类型的激光器相继问世,如半导体激光器、固体激光器、气体激光器、液体激光器等。1962年发明了半导体二极管激光器,其尺寸小、耦合效率高、响应速度快等优点,使其成为今天小型商用激光器的主流支柱;1964年发明了第一个二极管多用途光盘(CD)播放机,不过价格很高,直到80年代才普及起来。
四、激光技术的应用与发展
1.应用领域的拓展
激光技术因其具有亮度高、颜色纯、能量大等特点,应用非常广泛。在工业领域,可用于激光打标、激光焊接、激光切割等;在医疗领域,可用于激光手术、激光矫视、激光美容等;在通信领域,光纤通信利用激光作为传递信息的载体,具有通信质量好、抗干扰能力强、保密性好、通信容量大等优点;此外,激光还在军事、科研、艺术等领域有着广泛的应用。
2.重大突破与进展
随着科技的发展,激光技术不断取得重大突破。例如,2013年研究人员研制了一种能够移动物体的牵引波激光器;2018年美国国家核安全管理局通过使用192束激光来约束反应堆中的核聚变原料氢的反应,实现了激光在核聚变领域的新应用。
总的来说,激光自诞生以来,经历了从理论提出到实际应用的漫长过程,如今已成为推动科技进步和社会发展的重要力量。相信在未来,激光技术将继续不断创新和发展,为人类带来更多的惊喜和福祉。
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