1、激光簡(jiǎn)史，激光的發(fā)展和應(yīng)用，激光簡(jiǎn)史，什么是激光？激光：通過(guò)輻射激光的受激發(fā)射進(jìn)行光放大：受激發(fā)射光放大，激光簡(jiǎn)史，17世紀(jì)史前時(shí)期對(duì)光的性質(zhì)的探索：波動(dòng)理論：波以某種方式沿空間傳播的過(guò)程，惠更斯和胡克；粒子理論：以經(jīng)典方式運(yùn)動(dòng)的微小粒子，牛頓；19世紀(jì)：光的波動(dòng)性進(jìn)一步發(fā)展了電磁場(chǎng)理論、麥克斯韋方程和激光簡(jiǎn)史。19世紀(jì)下半葉發(fā)展起來(lái)的電磁場(chǎng)理論可以解釋光的反射、折射、干涉、衍射、偏振和雙折射現(xiàn)象。然而，在20世紀(jì)初，出現(xiàn)了一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如黑體輻射、原子線性光譜、光電效應(yīng)、光化學(xué)反應(yīng)和康普頓散射等，這些都是當(dāng)時(shí)經(jīng)典理論無(wú)法解釋的。激光簡(jiǎn)史，黎明前的黑暗1900年，普朗克提出了能量量子化的概念，

2、并于1918年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；1905年，愛(ài)因斯坦提出光子假說(shuō)，成功解釋了光電效應(yīng)，并獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；以表彰他通過(guò)發(fā)現(xiàn)能量量子為物理學(xué)的進(jìn)步所做的貢獻(xiàn)，對(duì)理論物理學(xué)的貢獻(xiàn)，特別是對(duì)光生伏打效應(yīng)定律的發(fā)現(xiàn)，激光簡(jiǎn)史。1913年，玻爾基于普朗克的量子概念提出了一個(gè)全新的原子結(jié)構(gòu)模型，并于1922年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；1917年，愛(ài)因斯坦提出了基于玻爾原理和結(jié)構(gòu)的受激輻射理論，為激光的出現(xiàn)奠定了理論基礎(chǔ)；1928年，蘭登伯格證實(shí)了受激輻射和“負(fù)吸收”的存在；為他在研究原子結(jié)構(gòu)和原子輻射方面的服務(wù)，激光簡(jiǎn)史。1940年，法布里坎特在他的博士論文中提出了產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)方法，這是產(chǎn)

3、生微波激射器/激光的必要條件。1947年，Lamb和Reherford在氫原子光譜中發(fā)現(xiàn)了明顯的受激輻射，這是受激輻射首次得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。蘭姆因其在氫原子光譜研究方面的成就獲得了1955年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；1950年，卡斯特勒提出了一種光抽運(yùn)方法，兩年后實(shí)現(xiàn)了。他因提出用光學(xué)方法研究微波共振的方法而獲得諾貝爾獎(jiǎng)。因?yàn)樗l(fā)現(xiàn)了氫光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)，1951年，湯斯提出了受激輻射微波放大的概念，即MASER。1954年，第一臺(tái)氨分子微波激射器建成，首次實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。它的主要功能是放大無(wú)線電信號(hào)，以便研究宇宙背景輻射。湯斯因其在受激輻射放大方面的成就獲得了1964年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。對(duì)于量子電子學(xué)領(lǐng)域的基

4、礎(chǔ)工作，它導(dǎo)致了基于主激光原理的振蕩器和放大器的構(gòu)造，激光簡(jiǎn)史，突破尼古拉斯布隆伯根于1956年在哈佛大學(xué)提出了固態(tài)微波激射器的概念，并于1956年10月在物理評(píng)論上發(fā)表了一篇決定性的文章。幾個(gè)月后，貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出了第一臺(tái)成功的設(shè)備。1958年，謝弗洛和湯斯在物理評(píng)論快報(bào)上發(fā)表了他們的論文“紅外和光學(xué)微波激射器”，這標(biāo)志著激光作為一種新生事物進(jìn)入了歷史舞臺(tái)。1959年，戈登古爾德(Gordon Gould)發(fā)表了題為“激光：(LADER :)受激輻射光放大”的論文，這是激光一詞首次被提出。1960年5月，休斯實(shí)驗(yàn)室的麥曼和蘭姆研制的紅寶石激光器發(fā)射出波長(zhǎng)為694.3毫米的紅色激光，被認(rèn)為是世

5、界上第一臺(tái)激光。1960年中期，國(guó)際商用機(jī)器公司實(shí)驗(yàn)室的索洛金和史蒂文森利用氟化鈣中的三價(jià)鈾制造了第一臺(tái)四能級(jí)固體激光器；1960年12月，貝爾實(shí)驗(yàn)室的賈萬(wàn)、貝內(nèi)特和赫里奧特制造了第一臺(tái)氦-氖氣體激光器。1961年，伊利亞斯尼策報(bào)道了第一臺(tái)釹玻璃激光器成功地產(chǎn)生了光。這種激光器已經(jīng)成為激光武器研究的第一個(gè)候選方案，現(xiàn)在被用作受控核聚變的主要候選光源；1961年，便士。弗蘭克、希爾等人將紅寶石激光器的光脈沖通過(guò)應(yīng)時(shí)晶體，將紅光變?yōu)榫G光，成功演示了諧波引起的非線性光學(xué)效應(yīng)，這是高效率非線性光學(xué)的首次實(shí)驗(yàn)演示。1962年，第一臺(tái)釔釹石榴石激光器在貝爾實(shí)驗(yàn)室誕生，它在材料加工等各個(gè)領(lǐng)域仍然發(fā)揮著不可替

6、代的作用。1962年，通用電氣、IBM和麻省理工林肯實(shí)驗(yàn)室的研究小組幾乎同時(shí)報(bào)道了砷化鎵(GaAs)激光器。1962年，麥克朗和赫爾沃斯發(fā)展了激光調(diào)Q技術(shù)，使激光器能夠發(fā)射單脈沖能量很高的短脈沖；1962年，美國(guó)的四個(gè)研究小組幾乎同時(shí)報(bào)道了能夠在液氮冷卻條件下產(chǎn)生脈沖的半導(dǎo)體激光器的成功發(fā)展，這是在光通信、光存儲(chǔ)和光泵浦等重要領(lǐng)域邁出的里程碑式的一步；1963年，赫伯特克勒默、魯?shù)婪蚩ㄔ种Z夫和茲霍斯阿爾費(fèi)羅夫分別獨(dú)立提出了利用異質(zhì)結(jié)構(gòu)制造半導(dǎo)體激光器的想法，為他們贏得了2000年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1964年，庫(kù)馬爾帕特爾發(fā)明了第一臺(tái)CO2激光器。1964年，威廉布里奇斯發(fā)明了第一臺(tái)離子激光器；

7、1964年，J. E. Geusic，H. M. Marcos和L. G. Van Uitert開(kāi)發(fā)了第一個(gè)nd: YAG固體激光器，現(xiàn)在廣泛用于切割、焊接、光學(xué)應(yīng)用和非線性光學(xué)。1964年，科斯特和史尼策開(kāi)發(fā)了第一個(gè)摻釹光纖放大器。光纖放大器現(xiàn)在廣泛用于光通信和高能激光器。1964年，阿諾彭齊亞斯和羅伯特威爾遜用微波激射器作為放大器來(lái)觀察3K的宇宙背景輻射，從而證明了大爆炸理論。他們獲得了1978年的諾貝爾獎(jiǎng)。1965年，安東尼德瑪利亞(Anthony J.DeMaria)、斯特瑟(D. A. Stetser)和海納(H. A. Heynau)報(bào)道了第一個(gè)用釹玻璃激光器和飽和吸收體產(chǎn)生皮秒脈

8、沖的激光器。1965年，喬治皮門(mén)特爾和杰羅姆卡斯帕開(kāi)發(fā)了第一臺(tái)化學(xué)激光器。1965年，彼得索羅金和約翰蘭卡開(kāi)發(fā)了第一臺(tái)生物染料激光器，現(xiàn)在它廣泛應(yīng)用于超快光學(xué)和光譜學(xué)。激光的簡(jiǎn)史，從1917年愛(ài)因斯坦的受激輻射概念到1960年第一臺(tái)激光的誕生，花了近半個(gè)世紀(jì)，但實(shí)際上并沒(méi)有太多的理論突破。為什么激光沒(méi)有在半個(gè)世紀(jì)前誕生？為什么第一批各種激光器誕生在IBM、通用電氣和貝爾實(shí)驗(yàn)室？隨著激光的發(fā)展，為了開(kāi)展高能物理和熱核聚變的研究工作，激光產(chǎn)生的能量密度和功率不斷增加。目前，世界上最強(qiáng)的激光器是美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火工程(NIF)使用的NOVA激光系統(tǒng)，峰值功率為1.3W(1015 W)，預(yù)計(jì)將于2010年投

9、入使用。隨著激光的發(fā)展，NIS在2009年被成功點(diǎn)燃。2010年，報(bào)道的單脈沖能量達(dá)到1MJ，峰值功率超過(guò)1015瓦。美國(guó)歷史上任何時(shí)候消耗的電力都超過(guò)500倍。NIS，激光的發(fā)展，目前，第十個(gè)五年計(jì)劃申光原型裝置的建設(shè)目標(biāo)已經(jīng)成功完成，達(dá)到“8束光，脈沖-10，000焦耳”的水平，這標(biāo)志著中國(guó)已成為世界上第三個(gè)國(guó)家在美國(guó)和法國(guó)之后，系統(tǒng)地掌握了新一代大功率激光驅(qū)動(dòng)器的整體技術(shù)，使中國(guó)成為世界上第二個(gè)國(guó)家在美國(guó)之后，有能力獨(dú)立研究和建設(shè)新一代大功率激光驅(qū)動(dòng)器。隨著激光器的發(fā)展，用于工業(yè)指示、標(biāo)記和檢測(cè)的各種半導(dǎo)體激光器或半導(dǎo)體泵浦固體激光器正朝著小型化方向發(fā)展；隨著激光器的發(fā)展，它越來(lái)越與各種

10、通信用激光模塊集成在一起，通常包括幾十個(gè)甚至幾十個(gè)半導(dǎo)體激光器，并與調(diào)制、功率檢測(cè)、溫度監(jiān)控等功能模塊集成在一起。激光的發(fā)展，更快更高的調(diào)制頻率：千兆赫；較短的脈沖寬度：一秒激光；德國(guó)馬克斯普朗克量子光學(xué)研究中心已經(jīng)成功地產(chǎn)生了脈沖寬度小于1飛秒(10-15秒)的光脈沖，這比可見(jiàn)光波長(zhǎng)的一個(gè)振蕩周期要短。隨著激光的發(fā)展，泵浦方式更加多樣化：光泵浦、電泵浦、化學(xué)能泵浦、熱泵浦、磁泵浦；多種工作物質(zhì)：固體、氣體、液體、染料、半導(dǎo)體、自由電子等。激光的應(yīng)用，從科幻到現(xiàn)實(shí)，第一部描述激光的作品？在1898年的小說(shuō)第二次世界大戰(zhàn)(火星入侵)中，威爾斯說(shuō)：“在某種程度上，熱量是在一個(gè)不導(dǎo)電的室內(nèi)產(chǎn)生的，并

11、通過(guò)拋物面透鏡變成平行光，直接射向目標(biāo)?！边@些光線不是可見(jiàn)光，而是某種熱量?！盋O2激光器以CO2為工作物質(zhì)，通過(guò)放電激發(fā)產(chǎn)生10.6um的紅外激光，肉眼不可見(jiàn)。其輸出模式主要是由拋物面透鏡組成的反射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)?；鹦谴髿庵谐錆M(mǎn)了CO2，并且有強(qiáng)烈的大氣放電(閃電)，所以可能有天然激光。激光的應(yīng)用，激光工業(yè)應(yīng)用的實(shí)際應(yīng)用：切割：速度快，無(wú)接觸，精度高，焊縫光滑；焊接：焊點(diǎn)均勻、美觀、精度高；表面處理；芯片蝕刻等。激光應(yīng)用，醫(yī)學(xué)治療：最早的激光醫(yī)學(xué)應(yīng)用：1961年12月，在哥倫比亞長(zhǎng)老會(huì)醫(yī)院用紅寶石激光治療視網(wǎng)膜腫瘤；腫瘤治療；眼科手術(shù)：視網(wǎng)膜焊接，近視治療；美麗；手術(shù)等等。1971年，丹尼斯加博

12、爾因在1946年至1951年間發(fā)表的一系列文章中提出光學(xué)全息術(shù)而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。然而，直到激光的發(fā)明，真正的全息攝影才成為現(xiàn)實(shí)。1985年、1983年、1984年、1985年、1986年、1987年、1988年、1989年、1989年、1989年、1989年、1989年、1989年、1989年、1989年、1989年、1989年、1989年、1982001年，埃里克康奈爾等人因其對(duì)玻色-愛(ài)因斯坦凝聚體的研究獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；因?yàn)樵趬A性原子的勤奮氣體中實(shí)現(xiàn)了玻色-愛(ài)因斯坦凝聚.羅伊J格勞伯等人因在基于激光的高精度光譜測(cè)量領(lǐng)域的貢獻(xiàn)獲得了2005年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。2009年，高錕等人因其在光纖通信領(lǐng)域的貢獻(xiàn)獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；由于他們的突破性成就，重視光在光纖中的傳輸用于光通信，激光的應(yīng)