2025年高考激光器的發(fā)明

　　激光器的發(fā)明

　　物理學(xué)家在研究原子結(jié)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)了激光。激光器問世以來，激光的應(yīng)用已經(jīng)遍及工、農(nóng)、科研、國(guó)防各個(gè)領(lǐng)域，激光科學(xué)技術(shù)成為當(dāng)代發(fā)展最快的科技領(lǐng)域之一。

　　1913年，丹麥物理學(xué)家玻爾提出，原子能夠以一系列能級(jí)不同的狀態(tài)存在，并且只能從一個(gè)能級(jí)跳躍到另一個(gè)能級(jí)。一個(gè)低能級(jí)的原子吸收能量之后可以變成高能級(jí)；高能級(jí)的原子變?yōu)榈湍芗?jí)時(shí)，會(huì)以輻射的形式把多余的能量放出來（自發(fā)輻射）。

　　1917年愛因斯坦提出，原子從較高的能級(jí)跳躍到低能級(jí)時(shí)可以通過自發(fā)輻射或受激輻射兩種不同的方式來實(shí)現(xiàn)。普通光源的發(fā)光主要就是自發(fā)輻射；處在激發(fā)態(tài)的原子在其他某種作用之下，例如光照，引起原子躍遷，原子受迫發(fā)光，原子的這種發(fā)光方式稱為受激輻射。

　　受激輻射理論提出來之后，并不受人重視，30年之后，直到1951年，美國(guó)物理學(xué)家湯斯對(duì)此發(fā)生興趣。一天他散步之后，坐在長(zhǎng)凳上默默思考這一問題，突然間他產(chǎn)生一種新的想法：在正常情況下，物質(zhì)的多數(shù)分子均處于低能態(tài)，能否改變這一狀況，數(shù)分子處于高能態(tài)，然后用微波照射這些分子，使其受激而發(fā)射能量，這就產(chǎn)生了放大作用。這種使一個(gè)容器里的原子或分子大部分轉(zhuǎn)入高能量的過程叫作粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，它是量子放大器和激光器必要條件。他當(dāng)即在一個(gè)信封的背面勾畫出一些基本的設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過3年的多次實(shí)驗(yàn)，微波受激放大器（量子放大器）終于研制成功。早期的微波受激放大器是一個(gè)金屬小盒，盒里充進(jìn)處于激發(fā)態(tài)的氨分子。當(dāng)微波射入這個(gè)充滿了受激態(tài)氨分子的盒子時(shí)，就發(fā)出一束純而強(qiáng)的高頻微波射束。

　　蘇聯(lián)科學(xué)家巴索夫和普羅克哈羅大也獨(dú)立地進(jìn)行過類似的工作，并取得成功。1964年，湯斯、巴索夫、曾羅克哈羅夫同獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

　　隨著量子放大器的發(fā)展，人們開始考慮將這些原理從微波波段擴(kuò)展到光波波段的可能性。

　　1958年湯斯和肖洛提出了激光器的第一個(gè)理論方案。他們建議，用具有放大作用的物質(zhì)制成一根細(xì)長(zhǎng)的柱體，它的兩端有互相平等的反射鏡。其中一面反射鏡為全反射鏡，另一面為部分反射鏡，光就沿著柱體來回地反射，形成一個(gè)光頻共振腔。

　　世界上第一臺(tái)激光器是1960年由美國(guó)的梅曼博士研制成功的。他用紅寶石單品作為工作物質(zhì)，兩個(gè)端面磨平并鍍銀。紅寶石的主要成分是氧化鋁，其晶格中有一小部分鋁原子被鉻原子所替代，當(dāng)作為激勵(lì)源的氙燈發(fā)出強(qiáng)光照射紅寶石時(shí)，紅寶石中的鉻原子吸收綠光和藍(lán)光，由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，造成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。第一臺(tái)激光器，輸出功率為10000瓦，其晶棒十分純凈，是用人工方法生產(chǎn)的，發(fā)出的激光強(qiáng)度為陽光的1000萬倍。

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