激光
激光(LASER)是原子受激辐射的光,于1916年由爱因斯坦首次发现。
激光是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后,人类的又一重大发明1,具有亮度高、颜色纯、能量大的特点。激光应用很广泛,主要包括激光打标、激光焊接、激光切割等。
基本信息
- 中文名
激光
- 外文名
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
- 英文简写
LASER
- 定义
由受激发射的光放大产生的辐射
- 应用范围
应用广泛
基本简介
1964年10月,中国科学院长春光机所主办的《光受激发射情报》(其前身为《光量子放大专刊》)杂志编辑部致信钱学森,请他为LASER取一个中文名字,钱学森建议中文名为“激光”。同年12月,上海召开第三届光量子放大器学术会议,由严济慈主持,讨论后正式采纳钱学森的建议,将“通过辐射受激发射的光放大”的英文缩写LASER正式翻译为“激光”。随后,《光受激发射情报》杂志也改名为《激光情报》。
历史沿革
激光的理论基础起源于大物理学家‘爱因斯坦’,1917年爱因斯坦提出了一套全新的技术理论‘光与物质相互作用’。这一理论是说在组成物质的原子中,有不同数量的粒子(电子)分布在不同的能级上,在高能级上的粒子受到某种光子的激发,会从高能级跳到(跃迁)到低能级上,这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光,而且在某种状态下,能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这就叫做“受激辐射的光放大”,简称激光。
1951年,美国物理学家查尔斯·哈德·汤斯设想如果用分子,而不用电子线路,就可以得到波长足够小的无线电波。分子具有各种不同的振动形式,有些分子的振动正好和微波波段范围的辐射相同。问题是如何将这些振动转变为辐射。就氨分子来说,在适当的条件下,它每秒振动24,000,000,000次,因此有可能发射波长为1.25厘米的微波。 他设想通过热或电的方法,把能量泵入氨分子中,使它们处于“激发“状态。然后,再设想使这些受激的分子处于具有和氨分子的固有频率相同的微波束中---这个微波束的能量可以是很微弱的。一个单独的氨分子就会受到这一微波束的作用,以同样波长的束波形式放出它的能量,这一能量又继而作用于另一个氨分子,使它也放出能量。这个很微弱的入射微波束相当于起立脚点对一场雪崩的促发作用,最后就会产生一个很强的微波束。最初用来激发分子的能量就全部转变为一种特殊的辐射。
1953年12月,汤斯和他的学生阿瑟·肖洛终于制成了按上述原理工作的的一个装置,产生了所需要的微波束。这个过程被称为“受激辐射的微波放大”。按其英文的首字母缩写为M.A.S.E.R,并由之造出了单“maser}(脉泽)(这样的单词称为首字母缩写词,在技术语中越来越普遍使用)。
1958年,美国科学家肖洛(Schawlow)和汤斯(Townes)发现了一种神奇的现象:当他们将氖光灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时,晶体的分子会发出鲜艳的、始终会聚在一起的强光。根据这一现象,他们提出了"激光原理",即物质在受到与其分子固有振荡频率相同的能量激发时,都会产生这种不发散的强光--激光。他们为此发表了重要论文,并获得1964年的诺贝尔物理学奖。
1960年5月15日,美国加利福尼亚州休斯实验室的科学家梅曼宣布获得了波长为0.6943微米的激光,这是人类有史以来获得的第一束激光,梅曼因而也成为世界上第一个将激光引入实用领域的科学家。
1960年7月7日,西奥多·梅曼宣布世界上第一台激光器诞生,梅曼的方案是,利用一个高强闪光灯管,来激发红宝石。由于红宝石其实在物理上只是一种掺有铬原子的刚玉,所以当红宝石受到刺激时,就会发出一种红光。在一块表面镀上反光镜的红宝石的表面钻一个孔,使红光可以从这个孔溢出,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,可使其达到比太阳表面还高的温度。
前苏联科学家尼古拉·巴索夫于1960年发明了半导体激光器。半导体激光器的结构通常由p层、n层和形成双异质结的有源层构成。其特点是:尺寸小、耦合效率高、响应速度快、波长和尺寸与光纤尺寸适配、可直接调制、相干性好。
2011年3月,研究人员研制的一种牵引波激光器能够移动物体,未来有望能移动太空飞船。2013年1月,科学家已经成功研制出可用于医学检测的牵引光束。
大事年表
1917年:爱因斯坦提出“受激发射”理论,一个光子使得受激原子发出一个相同的光子。
1953年:美国物理学家Charles Townes用微波实现了激光器的前身:微波受激发射放大(英文首字母缩写maser)
1957年:Townes的博士生Gordon Gould创造了“laser”这个单词,从理论上指出可以用光激发原子,产生一束相干光束,之后人们为其申请了专利,相关法律纠纷维持了近30年。
1960年:美国加州Hughes 实验室的Theodore Maiman实现了第一束激光
1961年:激光首次在外科手术中用于杀灭视网膜肿瘤。
1962年:发明半导体二极管激光器,这是今天小型商用激光器的支柱。