第一台激光器——红宝石固体激光器(20210321071400).docx

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1、第一台激光器——红宝石固体激光器摘要：本文主要回顾了第一台激光器的研制历程，介绍了红宝石激光器的工作原理和它的发明者梅曼先生。一、发展历程1917年，爱因斯坦(Einstein)在气体平衡计算的工作中，发现在自然界存在着两种发光形式:一种是自发辐射，一种是受激辐射。前者指的是自然光的发光形式，而第二种正是产生激光的基础理论。激光的定义就是:“利用辐射的受激辐射实现的光放大”(Lightamplificationbythestimulatedemissionofradiation)。爱因斯坦的观点被当时的第一次世界大战的枪炮声所淹没，对于受激辐射这一重妥概念的意义没有被人们及时认识到

2、.1921年，发明磁控管，从此开始了微波的研究。1927年，狄拉克(Dirac)根据感应辐射的属性提出创制星子书瞬浮的建议。1934年，克赖克汤和威廉}i}i}i}于振荡器发现了电磁波和分a:.的相互作用。这是最旱期的电磁波谱学实验。30年代，一些科学家建立的量子力学理论，使爱因斯坦的这两种发光形式的物理内容得到更为深刻的阐明。同时，近代光谱学的发展，也为激光光的出现奠定了的理论基础.1944年，扎沃依斯基发现了电子的顺磁共振，打下了对微波波段电子顺磁能级研究的基础.1945年第二次世界大战结束以后，大扰物理学家问到大学工作，在大学里建起了强大的新设备.他们开始着手进行微波波谱学山

3、研究。当时，韦伯(Webber)、法布里肯特、巴索夫(tacos)和普罗霍洛夫(11po1。二。。)以及汤斯("l}ow'nes)等科学家分别提出了用受激辐射获得放大的设想。这是激光理论发展的重要起点.1946年在美、英两国几乎同时发现氨谱线中的精细结构和超精细结构。关于波谱学最显著的成果是发现氢原子谱-的兰姆位移。这是哥伦比亚大学的兰姆(Larnb)和另一同事的共同成果。他们曾具休地论述了观测净受激发射(负吸收)的可能性，明确指出了粒子数反转能够在何种状态实现，并针对一定的入射波，粗略计算了它的增益。作为激光的物理基础—受激辐射早在1917年就为人所知.可是，从1917年到195

4、0年30多年来，在实验上却一直没有人去证明这个过程的存在.人们以为，要想在小于一亿分之一秒的时间里进行原子受激发射的宏观观察是难于做到的。但在后来激光器制成后.实验工作并不象人们最初所设想的那样艰难。从1940年观察到离子数反转到激光器，这中间仅仅一步之差，可是这“一步”却一直走了20年.人类对电磁波的利用和无线电技术的发展，使社会和生产急需把这种利用由无线电波段向微波波段扩展，这就导致了微波放大理论及其器件的产生.1951年，美国的汤斯提出了利用受激辐射获得放大的原理首先获得微波放大的设想.同年，普塞耳(I'urcell)和庞德(Pound)用核磁共振所进行的一次实验，造成了粒子

5、数反转，进一步确认了受激辐射过程，给微波放大器的产生带来了希望。其后，汤斯进行了两年半的艰苦工作，干1953年末和果尔登(Gordon)、蔡格尔(Zeiger)等人在哥伦比亚大学成功地制成了波长为1.25厘米的氨分子微波量子放大器。亦即脉塞(Microwaveamplificationbythestimulatedemissionofradiation).后来，因为“在量子力学领域的基础工作导致建立在脉塞和激光原理上的振荡器和放大器的制造”，汤斯和莫斯科列别捷夫研究所的巴索夫和普罗霍洛夫一起得到了1964年的诺贝尔奖金。1956年，布隆贝根(Bloembcrgen)在一种可调谐高功

6、率宽频带量子放大器的思想指导下，提出了三能级固体量子放大器的制造方法.同年，贝尔(Dell)电话实验室的斯科维耳(Scovii),费尔(Feher)和塞德尔(sc;idel)等人研制出第一部这种三能级固体量子放大器.1957年末，密执安(I1'lichi,}an)人学工程研究院的马克霍夫(Makhov)，菊池(Kikuchi)、兰比(L}mbe)和特尔秀尼(Terhune)等人又用红宝石获得了微波固体量子放大.1960年7月，在美国加利福尼亚州(California)休斯(llughes)飞机公司研究实验室工作的科学家梅曼首一先发明了历史上第一台激光器一一红宝石(Ruby)固体脉冲

7、激光器。他用了一块边一长约1厘术的人造红室石，把它相对的两面镀上银。当晶体放在一架闪光灯(灯光被长为X500埃)下照射时，使能级实现粒子数反转，晶体便产生了一种波长为8943埃的脉冲辐射。这是一种恰好在可见光内的深红色激光。I9&O平美国乔牛于家梅呈红圭仆滩光器二、理论基础红宝石的工作物质是红宝石棒。在激光器的设想提出不久，红宝石就被首先用来制成了世界上第一台激光器。激光用红宝石晶体的基质是AI2O3,晶体内掺有约0.05%(重量比)的Gr2O3。Cr3+密度约为，1