第69章 神奇之光(2 / 2)

在梅曼進行此項研究之後不久,美國貝爾研究所的格林治研製成功了紅寶石激光

器。此外,威斯汀豪斯公司和雷森公司的研究所也都相繼開展了激光器的研究。

開始時,紅寶石激光器發出的光有短時間的間歇,貝爾研究所的保爾和內爾森二人將紅寶石

放到液氮中冷卻(-196℃),用水銀燈照射,使紅寶石能保持無間歇地長時間地發光。

這些成功使激光器向實用化階段邁出一大步。但是,仍存在不少問題。

如果用很大的紅寶石,長時間發射激光,就會產生很大的熱量,溫度的上升將引起激光器的

破裂;

若使用小的紅寶石,所產生的激光又很弱。然而,經研究發現電磁波是能夠放大的,激光也

應該能放大。因此,激光的實用化應該是不成問題的。

1961年,美國貝爾研究所的佳班將氦氣和氖氣混合在一起,用光加以照射,由於氦和氖分子

的振動產生了一種特殊的紅外線。這種裝置稱為氦氖氣體激光器。這也是世界上第一台氦氣

激光器。

氦氖氣體激光器和以前巴利安公司研製的氨氣體激光器不同,它所發出的激光不含雜波,是

極純正的單色光。

此外還有利用銫和銣等蒸氣製造的氣體激光器陸續問世。激光器的新研究成果不斷湧現。

概括地說,形成激光要經曆下述過程:首先通過激勵能源(如氙燈)的作用使工作物質(

如紅寶石棒)實現粒子數反轉分布(粒子數反轉分布是相對於原子正常分布而言的)。在這種

狀態下,在工作物質中偶然產生的自發輻射的光子進行受激放大,從而得到大量特征完全相

同的光子。再通過諧振腔的作用,使受激輻射維持下去,大大加強了受激放大的效果,使之

持續發射大量特征相同的光子,這就形成了激光。顯然,激光是受激幅射和諧振腔共同作用

的結果,激光即是“受激輻射光放大器”。

從激光形成的過程可以看出,從發光的內部機製看,普通光源的發光是自發輻射

,激光是受激輻射。物質的發光是億億個原子的躍遷(即原子在高能級和低能級之間的跳動)

在自發輻射中每個原子的躍遷是自發的,個體化的,互不關連的,無秩序的,不可控製的,

所發出的光也是雜亂無章的。然而,在受激輻射中受激輻射所發出的光與激發它的外來光性

質完全相同,即各發光原子之間是步調一致的,是互相關聯的、有規律的、集體化的發光行

為,

所發出光子是單一的,可控製的。由此可見,激光器是一種新穎的光源,

它具有普通光源所不具備的特點。

首先,普通光是多種光的混合,而激光則隻包含一種光色,因而是顏色最純的光。其次,普

通光都是散射的,為了增加亮度,就要用光罩把散射的光反射回來。假如有一架聚光性能最

美的探照燈,用它來照射月球,那麼光束的直徑也會擴散到幾千公裏以上。而激光具有集束

的性能,它集中在沿軸線方向的一個極小的張角內。如果把一束激光射到月球上,光束直徑

有2公裏。正因為這個緣故,激光的亮度可以高出同功率的普通光幾億倍,甚至比太陽光還

要亮得多。如果把它彙聚起來,在不到千分之一秒內,就能產生幾千萬度的高溫,熔點再高

的金屬,遇到激光也隻有化作一縷青煙了。

可見,激光是目前世界上最亮的光源,而且顏色最純,射得最遠,彙聚得最小,光束最

準直,相幹性最好。這種新型光源開辟了經典光學前所未有的應用前景。

激光器就其類型而言,除了以上介紹的紅寶石激光器外,還有其他類型的激光器。1961年美

國IBM公司研製成氟化鈣激光器,1962年,美國通用電氣公司和IBM公司又分別研製成了固體

激光器。在近30多年的時間裏,不同類型的激光器應不同需要應運而生。按照工作物質的不

同可分為:氣體激光器、液體激光器、半導體激光器和固體激光器等。按激光器工作方式的

不同分為4類:脈衝的、連續的、Q突變的、超短脈衝的。

不僅如此,新型激光器正在不斷湧現

,如波導激光器、準分子激光器、無機液體激光器,都各有特色。器件的研究朝著實用化、

小型化、多波長、可調諧、大功率、窄脈寬、鎖模、高效率等方向發展。