物質受激輻射發射強光的基本物理原理,早在1917年就由愛因斯坦提出。不過直到1960年,才在美國造出第一臺真正的激光發生器,人類才第一次見到了激光的真容。原子受激輻射發光,所以叫“激光”。其原理在于原子中的電子吸收能量后,會從低能級躍遷到高能級,再從高能級回落到低能級的時候,所釋放的能量以光子的形式放出。被激發出來的光子束,其中的光子光學特性高度一致。因此激光相比普通光源單色性、方向性更好,亮度更高。1958年,美國人肖樓Schawlow和湯尼斯Townes發現了一種特殊現象:當他們將氖光燈泡所發射的光照在一種稀土晶體上時,晶體的分子會發出鮮艷的、始終會聚在一起的強光。根據這一現象,他們提出了一套原理,即物質在受到與其分子固有振蕩頻率相同的能量激發時,
都會產生不發散的強光。不過此時的這束強光還不能算嚴格意義上的激光。不過兩人因為共同發表了有重大價值的論文,因此獲得了1964年的諾貝爾物理學獎。此時距離真正的激光只有一步之遙。1960年5月,加州休斯實驗室的梅曼宣布獲得了波長為0.6943微米的激光,這是有史以來第一束真正的激光,梅曼成為第一個將激光現實化的發明者。到了1960年7月,梅曼公開了世界上第一臺實用激光器。其方案是,利用一個高強閃光燈管,來激發紅寶石。紅寶石的物質基礎其實是含有鉻原子的剛玉。當紅寶石受到強光激勵時,就會發出紅光。在一塊外層鍍上反光層的紅寶石的表面鉆一個孔,光從這個孔溢出,就是一束相當集中的纖細紅色光柱。這臺最原始的激光器,從一開始就顯示出其當武器的驚人潛力。
當光束集中射向一點時,可使物質照射表面迅速超過3萬攝氏度,比太陽光球層的溫度都高幾倍。地球上幾乎沒有什么物質可以承受如此劇烈的高溫。如果多束激光疊加或者聚焦,會讓焦點上的物質瞬間灰飛煙滅。在美國人宣布發明紅寶石激光器的當年。蘇聯人巴索夫又發明了半導體激光器。其特點是尺寸小、耦合效率高、響應速度快、波長和尺寸與光纖尺寸適配、可直接調制、相干性好。因此后來的大多數低功率激光實用裝置和激光通信大多數用半導體激光。后來人們對激光的激勵方式進行了更深入的探索和總結,發現有幾種激勵方式。1,光泵式激光器。包括絕大多數的固體激光器和液體激光器,以及少數氣體激光器和半導體激光器。也就是等于用一束普通光激勵出真正的激光。2,電激勵激光器。大部分氣體激光器均是采用氣體放電方式進行激勵,而一般常見的半導體激光器多是采用結電流注入方式進行激勵,也可采用高能電子束注入方式激勵。
3,化學激光器,屬于用化學反應釋放的能量對工質進行激勵的激光器。這種激光可以做的功率較大,曾經被認為可以作為有潛力的戰略激光。比如昨天提到的美國搞的747機載激光就是采用化學激勵激光,不過最終項目半途而廢。另外還有核泵氦氬激光器;用激光激勵激光等新手段,瀚海狼山(匈奴狼山)認為這都算是前沿科技了。
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