2025年高考激光器的發(fā)明

　　激光器的發(fā)明

　　物理學家在研究原子結構時發(fā)現(xiàn)了激光。激光器問世以來，激光的應用已經(jīng)遍及工、農(nóng)、科研、國防各個領域，激光科學技術成為當代發(fā)展最快的科技領域之一。

　　1913年，丹麥物理學家玻爾提出，原子能夠以一系列能級不同的狀態(tài)存在，并且只能從一個能級跳躍到另一個能級。一個低能級的原子吸收能量之后可以變成高能級；高能級的原子變?yōu)榈湍芗墪r，會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，原子從較高的能級跳躍到低能級時可以通過自發(fā)輻射或受激輻射兩種不同的方式來實現(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，美國物理學家湯斯對此發(fā)生興趣。一天他散步之后，坐在長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。這種使一個容器里的原子或分子大部分轉入高能量的過程叫作粒子數(shù)反轉，它是量子放大器和激光器必要條件。他當即在一個信封的背面勾畫出一些基本的設計要求，經(jīng)過3年的多次實驗，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金屬小盒，盒里充進處于激發(fā)態(tài)的氨分子。當微波射入這個充滿了受激態(tài)氨分子的盒子時，就發(fā)出一束純而強的高頻微波射束。

　　蘇聯(lián)科學家巴索夫和普羅克哈羅大也獨立地進行過類似的工作，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獎。

　　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理論方案。他們建議，用具有放大作用的物質(zhì)制成一根細長的柱體，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，形成一個光頻共振腔。

　　世界上第一臺激光器是1960年由美國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，當作為激勵源的氙燈發(fā)出強光照射紅寶石時，紅寶石中的鉻原子吸收綠光和藍光，由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，造成粒子數(shù)反轉。第一臺激光器，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)出的激光強度為陽光的1000萬倍。

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