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这项60年前的伟大发明，为科学和社会带来了革命性的改变

【这项60年前的伟大发明，为科学和社会带来了革命性的改变】
?1959年10月 ， 32岁的西奥多·梅曼（Theodore Maiman）只是一名籍籍无名的年轻物理学家 。 当时 ， 他正着手利用一颗粉红色的红宝石晶体 ， 制造出被称为“光学激射器”（optical maser）的东西 。 项目开始得并不顺利 。 梅曼所在的实验室的其他人纷纷质疑这项研究的意义 。 然而 ， 梅曼的坚持证明了他们都是错误的 。
1960年5月16日 ， 梅曼成功创造出了一种自然界没有的光 ， 彻底改变了历史的进程 。 在此之前 ， 光的研究都仍限于对来自恒星、蜡烛、电灯等光源提供的照明 。 这些光源都包含大量以独立、随机的方式释放储存的能量的原子或分子 ， 这是一种被称为自发发射的过程 。 而梅曼则成功地让原子以一种协调的方式释放它们的光 ， 在他所设计的装置中 ， 一个原子的发射会诱发其他原子的发射 ， 这便是所谓的受激发射 ， 标志着通过受激辐射产生的光放大（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）——激光（LASER）的诞生 。

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○ 梅曼与他的激光器（1960年7月） 。 | 图片来源：Wikipedia

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激光的横空出世并不能归结于一个人的发明创造 ， 而是几十年的科学观察和想法的结晶 。 1905年 ， 阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）提出了光子存在的假设 。 他利用光同时具有波和粒子的性质 ， 成功地解释光电效应 ， 这是一种电子因为光入射到金属板上而从表面溢出的效应 。 1917年 ， 他开始思考光子是如何从原子中发射出来的问题 。 在一篇题为《辐射的量子理论》的论文中 ， 他提出了原子与光子的相互作用可能存在三个不同的过程：吸收（即一个原子吸收一个光子并获得能量 ， 成为激发态的过程）、自发发射（即一个受激原子通过释放一个光子而失去能量的过程）、受激发射（即一个受激原子在另一个光子的激发下释放出一个光子 ， 而失去能量的过程） 。

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1953年 ， 物理学教授查尔斯·哈德·汤斯（Charles Hard Townes）与他的研究生詹姆斯·戈登（James Gordon）和赫伯特·蔡格（Herbert Zeiger）制造出了第一个可运行的微波激射器（MASER） ， 这是一种可以发射出相干的微波辐射脉冲的设备 。 与此同时 ， 苏联的尼古拉·巴索夫（Nikolay Basov）和亚历山大·普罗霍罗夫（Aleksandr Prokhorov）也独立研发出了他们自己的版本 ， 可以发射连续的微波光束 ， 而不是一系列的脉冲 。

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在MASER出现之后 ， 许多研究人员开始转向制造出这种设备的“可见光”版本 ， 其中就包括汤斯以及贝尔实验室的阿瑟·伦纳德·肖洛（Arthur Leonard Schawlow） 。 最初他们称这种设备最初被称为“光学激射器” 。 这种新设备的挑战在于尺寸 ， 可见光的波长比微波的要短得多 ， 而器件的设计需要与波长相当 ， 这极大地增加了新器件的制造难度 。 尽管如此 ， 贝尔实验室还是在1958年成功申请了第一项关于光学激射器的专利 。 大约在同一时间 ， 哥伦比亚大学的一位名叫戈登·古尔德（Gordon Gould）的学生发表了现在被称为“激光”的想法 。

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○ 1957年 ， 古尔德在实验室笔记的第一页中定义了“激光”一词 。 | 图片来源：AIP Emilio Segre Visual Archives


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