1. 激光技術的歷史發展
激光具有單色性好、方向性強、亮度高等特點。現已發現的激光工作物質有幾千種,波長范圍從軟X射線到遠紅外。 激光技術的核心是激光器,激光器的種類很多,可按工作物質、激勵方式、運轉方式、工作波長等不同方法分類。根據不同的使用要求,採取一些專門的技術提高輸出激光的光束質量和單項技術指標,比較廣泛應用的單元技術有共振腔設計與選模、倍頻、調諧、Q開關、鎖模、穩頻和放大技術等。
為了滿足軍事應用的需要,主要發展了以下5項激光技術:①激光測距技術。它是在軍事上最先得到實際應用的激光技術。20世紀60年代末,激光測距儀開始裝備部隊,現已研製生產出多種類型,大都採用釔鋁石榴石激光器,測距精度為±5米左右。由於它能迅速准確地測出目標距離,廣泛用於偵察測量和武器火控系統。②激光制導技術。激光制導武器精度高、結構比較簡單、不易受電磁干擾,在精確制導武器中佔有重要地位。70年代初,美國研製的激光制導航空炸彈在越南戰場首次使用。80年代以來,激光制導導彈和激光制導炮彈的生產和裝備數量也日漸增多。③激光通信技術。激光通信容量大、保密性好、抗電磁干擾能力強。光纖通信已成為通信系統的發展重點。機載、星載的激光通信系統和對潛艇的激光通信系統也在研究發展中。④強激光技術。用高功率激光器製成的戰術激光武器,可使人眼致盲和使光電探測器失效。利用高能激光束可能摧毀飛機、導彈、衛星等軍事目標。用於致盲、防空等的戰術激光武器,已接近實用階段。用於反衛星、反洲際彈道導彈的戰略激光武器,尚處於探索階段。⑤激光模擬訓練技術。用激光模擬器材進行軍事訓練和作戰演習,不消耗彈葯,訓練安全,效果逼真。現已研製生產了多種激光模擬訓練系統,在各種武器的射擊訓練和作戰演習中廣泛應用。此外,激光核聚變研究取得了重要進展,激光分離同位素進入試生產階段,激光引信、激光陀螺已得到實際應用。
2. 激光技術的發展史是怎樣的
激光原理是由美國物理學家C.H.湯斯、A.L.肖洛和蘇聯物理學家Н.Г.巴索夫、А.Μ.普羅霍版羅夫等權人在1958年提出的。
1960年,美國物理學家T.H.梅曼製成第一台激光器——紅寶石激光器。其後,又有多種類型的激光器相繼出現,同時也開始了激光的應用研究。由於激光能解決傳統光學和其他科學技術所不能解決的很多實際問題,因而獲得迅速發展和廣泛應用。20多年來,美、蘇等國都投入很大力量研究和發展軍用激光技術。
3. 激光的誕生有哪幾部分歷史
有的文獻抄把激光的誕生編襲成了「四部曲」:奠定理論基礎(1916年,愛因斯坦),藉助於微波波譜學的發展(20世紀20~40年代),「預演」成功(1954年,湯斯等研製成功微波激射器),激光誕生(1960年,梅曼)。
4. 激光器發明的歷史
激光器的發明
激光器的發明是20世紀科學技術的一項重大成就。它使人們終於有能力駕駛尺度極小、數量極大、運動極混亂的分子和原子的發光過程,從而獲得產生、放大相乾的紅外線、可見光線和紫外線(以至X射線和γ射線)的能力。激光科學技術的興起使人類對光的認識和利用達到了一個嶄新的水平。
激光器的誕生史大致可以分為幾個階段,其中1916年愛因斯坦提出的受激輻射概念是其重要的理論基礎。這一理論指出,處於高能態的物質粒子受到一個能量等於兩個能級之間能量差的光子的作用,將轉變到低能態,並產生第二個光子,同第一個光子同時發射出來,這就是受激輻射。這種輻射輸出的光獲得了放大,而且是相干光,即如多個光子的發射方向、頻率、位相、偏振完全相同。
此後,量子力學的建立和發展使人們對物質的微觀結構及運動規律有了更深入的認識,微觀粒子的能級分布、躍遷和光子輻射等問題也得到了更有力的證明,這也在客觀上更加完善了愛因斯坦的受激輻射理論,為激光器的產生進一步奠定了理論基礎。20世紀40年代末,量子電子學誕生後,被很快應用於研究電磁輻射與各種微觀粒子系統的相互作用,並研製出許多相應的器件。這些科學理論和技術的快速發展都為激光器的發明創造了條件。
如果一個系統中處於高能態的粒子數多於低能態的粒子數,就出現了粒子數的反轉狀態。那麼只要有一個光子引發,就會迫使一個處於高能態的原子受激輻射出一個與之相同的光子,這兩個光子又會引發其他原子受激輻射,這樣就實現了光的放大;如果加上適當的諧振腔的反饋作用便形成光振盪,從而發射出激光。這就是激光器的工作原理。1951年,美國物理學家珀塞爾和龐德在實驗中成功地造成了粒子數反轉,並獲得了每秒50千赫的受激輻射。稍後,美國物理學家查爾斯·湯斯以及蘇聯物理學家馬索夫和普羅霍洛夫先後提出了利用原子和分子的受激輻射原理來產生和放大微波的設計。
然而上述的微波波譜學理論和實驗研究大都屬於「純科學」,對於激光器到底能否研製成功,在當時還是很渺茫的。
但科學家的努力終究有了結果。1954年,前面提到的美國物理學家湯斯終於製成了第一台氨分子束微波激射器,成功地開創了利用分子和原子體系作為微波輻射相干放大器或振盪器的先例。
湯斯等人研製的微波激射器只產生了1.25厘米波長的微波,功率很小。生產和科技不斷發展的需要推動科學家們去探索新的發光機理,以產生新的性能優異的光源。1958年,湯斯與姐夫阿瑟·肖洛將微波激射器與光學、光譜學的理論知識結合起來,提出了採用開式諧振腔的關鍵性建議,並預防了激光的相乾性、方向性、線寬和噪音等性質。同期,巴索夫和普羅霍洛夫等人也提出了實現受激輻射光放大的原理性方案。
此後,世界上許多實驗室都被捲入了一場激烈的研製競賽,看誰能成功製造並運轉世界上第一台激光器。
1960年,美國物理學家西奧多·梅曼在佛羅里達州邁阿密的研究實驗室里,勉強贏得了這場世界范圍內的研製競賽。他用一個高強閃光燈管來刺激在紅寶石水晶里的鉻原子,從而產生一條相當集中的纖細紅色光柱,當它射向某一點時,可使這一點達到比太陽還高的溫度。
「梅曼設計」引起了科學界的震驚和懷疑,因為科學家們一直在注視和期待著的是氦氖激光器。
盡管梅曼是第一個將激光引入實用領域的科學家,但在法庭上,關於到底是誰發明了這項技術的爭論,曾一度引起很大爭議。競爭者之一就是「激光」(「受激輻射式光頻放大器」的縮略詞)一詞的發明者戈登·古爾德。他在1957年攻讀哥倫比亞大學博士學位時提出了這個詞。與此同時,微波激射器的發明者湯斯與肖洛也發展了有關激光的概念。經法庭最終判決,湯斯因研究的書面工作早於古爾德9個月而成為勝者。不過梅曼的激光器的發明權卻未受到動搖。
1960年12月,出生於伊朗的美國科學家賈萬率人終於成功地製造並運轉了全世界第一台氣體激光器——氦氖激光器。1962年,有三組科學家幾乎同時發明了半導體激光器。1966年,科學家們又研製成了波長可在一段范圍內連續調節的有機染料激光器。此外,還有輸出能量大、功率高,而且不依賴電網的化學激光器等紛紛問世。
由於激光器具備的種種突出特點,因而被很快運用於工業、農業、精密測量和探測、通訊與信息處理、醫療、軍事等各方面,並在許多領域引起了革命性的突破。比如,人們利用激光集中而極高的能量,可以對各種材料進行加工,能夠做到在一個針頭上鑽200個孔;激光作為一種在生物機體上引起刺激、變異、燒灼、汽化等效應的手段,已在醫療、農業的實際應用上取得了良好效果;在通信領域,一條用激光柱傳送信號的光導電纜,可以攜帶相當於2萬根電話銅線所攜帶的信息量;激光在軍事上除用於通信、夜視、預警、測距等方面外,多種激光武器和激光制導武器也已經投入實用。
今後,隨著人類對激光技術的進一步研究和發展,激光器的性能和成本將進一步降低,但是它的應用范圍卻還將繼續擴大,並將發揮出越來越巨大的作用。
http://www.sjkc.com.my/-ke/xin/history/kjbl/artic/20408135149.html
5. 激光器的歷史有多長
----激光學是20世紀60年代發展起來的一門新興學科,是繼原子能、計算機和半導體技術之後的重大科技成果之一。自誕生第一台激光器以後近40年裡,激光技術已經滲透到生物、化學、物理、醫學領域,形成激光物理學、激光化學、激光生物學和激光醫學等許多新的邊緣學科。近年來激光在美容整形及燒傷外科、美容皮膚科中的應用日趨廣泛,現將其有關內容綜述如下。
一、激光器的產生和發展
1916年愛因斯坦提出的「自發和受激輻射」理論是現代激光系統的物理學基礎。但是,在此之後的40多年裡,一直沒有人在實驗室證實受激輻射的存在。20世紀50年代由於無線電技術的迅速發展, Schawlow和Townes依據愛因斯但的理論,將電磁波的研究范圍從短波擴大到微波波段,研究成功了當時被稱為MASER的一種儀器,即微波激射器,又稱微波量子放大器,這種設備可使微波束更趨於集中。 1958年,他們又將微波激射器原理從微波擴大到了光譜波段,提出了激光器理論。此時,Theodore Maiman也正在進行這方面的研究,1960年,他成功地應用人工合成的淡紅色寶石晶體製造出世界上第一台激光器,為輸出波長694.3nm,脈能400mJ的相干光,被稱做激光。為了表明其威力,Maiman用毫米波的脈沖激光在一打剃須刀片上成功地進行了一次鑽孔實驗。之後的4年裡,激光器家族又相繼出現了許多種類型: 1961年, Java等研製成功了波長1150nm、近紅外線的氦氖(He-Ne)激光器;同年,Johnson發明了摻銣釔鋁石榴石(Nd :YAG)激光器; 1962年, Bennett研製成功了波長為488nm的氬(Argon)激光器; 1964年, Pate等又發明了二氧化碳(CO2)激光器。隨後,多種固體、氣體和半導體激光器相繼問世,標志著一門新興學科——激光技術的形成。
6. 激光醫學的發展簡史:
激光醫學的發展大致可以分為3個時期。
7. 激光器的發展史
激光器
laser
能發射激光的裝置。1954年製成了第一台微波量子放大器,獲得了高度相乾的微波束。1958年A.L.肖洛和C.H.湯斯把微波量子放大器原理推廣應用到光頻范圍,並指出了產生激光的方法。1960年T.H.梅曼等人製成了第一台紅寶石激光器。1961年A.賈文等人製成了氦氖激光器。1962年R.N.霍耳等人創制了砷化鎵半導體激光器。以後,激光器的種類就越來越多。按工作介質分,激光器可分為氣體激光器、固體激光器、半導體激光器和染料激光器4大類。近來還發展了自由電子激光器,其工作介質是在周期性磁場中運動的高速電子束,激光波長可覆蓋從微波到X射線的廣闊波段。按工作方式分,有連續式、脈沖式、調Q和超短脈沖式等幾類。大功率激光器通常都是脈沖式輸出。各種不同種類的激光器所發射的激光波長已達數千種,最長的波長為微波波段的0.7毫米,最短波長為遠紫外區的210埃,X射線波段的激光器也正在研究中。
除自由電子激光器外,各種激光器的基本工作原理均相同,裝置的必不可少的組成部分包括激勵(或抽運)、具有亞穩態能級的工作介質和諧振腔( 見光學諧振腔)3部分。激勵是工作介質吸收外來能量後激發到激發態,為實現並維持粒子數反轉創造條件。激勵方式有光學激勵、電激勵、化學激勵和核能激勵等。工作介質具有亞穩能級是使受激輻射佔主導地位,從而實現光放大。諧振腔可使腔內的光子有一致的頻率、相位和運行方向,從而使激光具有良好的定向性和相乾性。
激光工作物質 是指用來實現粒子數反轉並產生光的受激輻射放大作用的物質體系,有時也稱為激光增益媒質,它們可以是固體(晶體、玻璃)、氣體(原子氣體、離子氣體、分子氣體)、半導體和液體等媒質。對激光工作物質的主要要求,是盡可能在其工作粒子的特定能級間實現較大程度的粒子數反轉,並使這種反轉在整個激光發射作用過程中盡可能有效地保持下去;為此,要求工作物質具有合適的能級結構和躍遷特性。
激勵(泵浦)系統 是指為使激光工作物質實現並維持粒子數反轉而提供能量來源的機構或裝置。根據工作物質和激光器運轉條件的不同,可以採取不同的激勵方式和激勵裝置,常見的有以下四種。①光學激勵(光泵)。是利用外界光源發出的光來輻照工作物質以實現粒子數反轉的,整個激勵裝置,通常是由氣體放電光源(如氙燈、氪燈)和聚光器組成。②氣體放電激勵。是利用在氣體工作物質內發生的氣體放電過程來實現粒子數反轉的,整個激勵裝置通常由放電電極和放電電源組成。③化學激勵。是利用在工作物質內部發生的化學反應過程來實現粒子數反轉的,通常要求有適當的化學反應物和相應的引發措施。④核能激勵。是利用小型核裂變反應所產生的裂變碎片、高能粒子或放射線來激勵工作物質並實現粒子數反轉的。
光學共振腔 通常是由具有一定幾何形狀和光學反射特性的兩塊反射鏡按特定的方式組合而成。作用為:①提供光學反饋能力,使受激輻射光子在腔內多次往返以形成相乾的持續振盪。②對腔內往返振盪光束的方向和頻率進行限制,以保證輸出激光具有一定的定向性和單色性。共振腔作用①,是由通常組成腔的兩個反射鏡的幾何形狀(反射面曲率半徑)和相對組合方式所決定;而作用②,則是由給定共振腔型對腔內不同行進方向和不同頻率的光,具有不同的選擇性損耗特性所決定的。
[編輯本段]分類
激光器的種類是很多的。下面,將分別從激光工作物質、激勵方式、運轉方式、輸出波長范圍等幾個方面進行分類介紹。
按工作物質分類 根據工作物質物態的不同可把所有的激光器分為以下幾大類:①固體(晶體和玻璃)激光器,這類激光器所採用的工作物質,是通過把能夠產生受激輻射作用的金屬離子摻入晶體或玻璃基質中構成發光中心而製成的;②氣體激光器,它們所採用的工作物質是氣體,並且根據氣體中真正產生受激發射作用之工作粒子性質的不同,而進一步區分為原子氣體激光器、離子氣體激光器、分子氣體激光器、準分子氣體激光器等;③液體激光器,這類激光器所採用的工作物質主要包括兩類,一類是有機熒光染料溶液,另一類是含有稀土金屬離子的無機化合物溶液,其中金屬離子(如Nd)起工作粒子作用,而無機化合物液體(如SeOCl)則起基質的作用;④半導體激光器,這類激光器是以一定的半導體材料作工作物質而產生受激發射作用,其原理是通過一定的激勵方式(電注入、光泵或高能電子束注入),在半導體物質的能帶之間或能帶與雜質能級之間,通過激發非平衡載流子而實現粒子數反轉,從而產生光的受激發射作用;⑤自由電子激光器,這是一種特殊類型的新型激光器,工作物質為在空間周期變化磁場中高速運動的定向自由電子束,只要改變自由電子束的速度就可產生可調諧的相干電磁輻射,原則上其相干輻射譜可從X射線波段過渡到微波區域,因此具有很誘人的前景。
按激勵方式分類 ①光泵式激光器。指以光泵方式激勵的激光器,包括幾乎是全部的固體激光器和液體激光器,以及少數氣體激光器和半導體激光器。②電激勵式激光器。大部分氣體激光器均是採用氣體放電(直流放電、交流放電、脈沖放電、電子束注入)方式進行激勵,而一般常見的半導體激光器多是採用結電流注入方式進行激勵,某些半導體激光器亦可採用高能電子束注入方式激勵。③化學激光器。這是專門指利用化學反應釋放的能量對工作物質進行激勵的激光器,反希望產生的化學反應可分別採用光照引發、放電引發、化學引發。④核泵浦激光器。指專門利用小型核裂變反應所釋放出的能量來激勵工作物質的一類特種激光器,如核泵浦氦氬激光器等。
按運轉方式分類 由於激光器所採用的工作物質、激勵方式以及應用目的的不同,其運轉方式和工作狀態亦相應有所不同,從而可區分為以下幾種主要的類型。①連續激光器,其工作特點是工作物質的激勵和相應的激光輸出,可以在一段較長的時間范圍內以連續方式持續進行,以連續光源激勵的固體激光器和以連續電激勵方式工作的氣體激光器及半導體激光器,均屬此類。由於連續運轉過程中往往不可避免地產生器件的過熱效應,因此多數需採取適當的冷卻措施。②單次脈沖激光器,對這類激光器而言,工作物質的激勵和相應的激光發射,從時間上來說均是一個單次脈沖過程,一般的固體激光器、液體激光器以及某些特殊的氣體激光器,均採用此方式運轉,此時器件的熱效應可以忽略,故可以不採取特殊的冷卻措施。③重復脈沖激光器,這類器件的特點是其輸出為一系列的重復激光脈沖,為此,器件可相應以重復脈沖的方式激勵,或以連續方式進行激勵但以一定方式調制激光振盪過程,以獲得重復脈沖激光輸出,通常亦要求對器件採取有效的冷卻措施。④調激光器,這是專門指採用一定的 開關技術以獲得較高輸出功率的脈沖激光器,其工作原理是在工作物質的粒子數反轉狀態形成後並不使其產生激光振盪 (開關處於關閉狀態),待粒子數積累到足夠高的程度後,突然瞬時打開 開關,從而可在較短的時間內(例如10~10秒)形成十分強的激光振盪和高功率脈沖激光輸出(見技術'" class=link>激光調 技術)。⑤鎖模激光器,這是一類採用鎖模技術的特殊類型激光器,其工作特點是由共振腔內不同縱向模式之間有確定的相位關系,因此可獲得一系列在時間上來看是等間隔的激光超短脈沖(脈寬10~10秒)序列,若進一步採用特殊的快速光開關技術,還可以從上述脈沖序列中選擇出單一的超短激光脈沖(見激光鎖模技術)。⑥單模和穩頻激光器,單模激光器是指在採用一定的限模技術後處於單橫模或單縱模狀態運轉的激光器,穩頻激光器是指採用一定的自動控制措施使激光器輸出波長或頻率穩定在一定精度范圍內的特殊激光器件,在某些情況下,還可以製成既是單模運轉又具有頻率自動穩定控制能力的特種激光器件(見激光穩頻技術)。⑦可調諧激光器,在一般情況下,激光器的輸出波長是固定不變的,但採用特殊的調諧技術後,使得某些激光器的輸出激光波長,可在一定的范圍內連續可控地發生變化,這一類激光器稱為可調諧激光器(見激光調諧技術)。
按輸出波段范圍分類 根據輸出激光波長范圍之不同,可將各類激光器區分為以下幾種。①遠紅外激光器,輸出波長范圍處於25~1000微米之間, 某些分子氣體激光器以及自由電子激光器的激光輸出即落入這一區域。②中紅外激光器,指輸出激光波長處於中紅外區(2.5~25微米)的激光器件,代表者為CO分子氣體激光器(10.6微米)、 CO分子氣體激光器(5~6微米)。③近紅外激光器,指輸出激光波長處於近紅外區(0.75~2.5微米)的激光器件,代表者為摻釹固體激光器(1.06微米)、CaAs半導體二極體激光器(約 0.8微米)和某些氣體激光器等。④可見激光器,指輸出激光波長處於可見光譜區(4000~7000埃或0.4~0.7微米)的一類激光器件,代表者為紅寶石激光器 (6943埃)、 氦氖激光器(6328埃)、氬離子激光器(4880埃、5145埃)、氪離子激光器(4762埃、5208埃、5682埃、6471埃)以及一些可調諧染料激光器等。⑤近紫外激光器,其輸出激光波長范圍處於近紫外光譜區(2000~4000埃),代表者為氮分子激光器(3371埃)氟化氙(XeF)準分子激光器(3511埃、3531埃)、 氟化氪(KrF)準分子激光器(2490埃)以及某些可調諧染料激光器等⑥真空紫外激光器,其輸出激光波長范圍處於真空紫外光譜區(50~2000埃)代表者為(H)分子激光器 (1644~1098埃)、氙(Xe)準分子激光器(1730埃)等。⑦X射線激光器, 指輸出波長處於X射線譜區(0.01~50埃)的激光器系統,目前軟X 射線已研製成功,但仍處於探索階段
[編輯本段]激光器的發明
激光器的發明是20世紀科學技術的一項重大成就。它使人們終於有能力駕駛尺度極小、數量極大、運動極混亂的分子和原子的發光過程,從而獲得產生、放大相乾的紅外線、可見光線和紫外線(以至X射線和γ射線)的能力。激光科學技術的興起使人類對光的認識和利用達到了一個嶄新的水平。
激光器的誕生史大致可以分為幾個階段,其中1916年愛因斯坦提出的受激輻射概念是其重要的理論基礎。這一理論指出,處於高能態的物質粒子受到一個能量等於兩個能級之間能量差的光子的作用,將轉變到低能態,並產生第二個光子,同第一個光子同時發射出來,這就是受激輻射。這種輻射輸出的光獲得了放大,而且是相干光,即如多個光子的發射方向、頻率、位相、偏振完全相同。
此後,量子力學的建立和發展使人們對物質的微觀結構及運動規律有了更深入的認識,微觀粒子的能級分布、躍遷和光子輻射等問題也得到了更有力的證明,這也在客觀上更加完善了愛因斯坦的受激輻射理論,為激光器的產生進一步奠定了理論基礎。20世紀40年代末,量子電子學誕生後,被很快應用於研究電磁輻射與各種微觀粒子系統的相互作用,並研製出許多相應的器件。這些科學理論和技術的快速發展都為激光器的發明創造了條件。
如果一個系統中處於高能態的粒子數多於低能態的粒子數,就出現了粒子數的反轉狀態。那麼只要有一個光子引發,就會迫使一個處於高能態的原子受激輻射出一個與之相同的光子,這兩個光子又會引發其他原子受激輻射,這樣就實現了光的放大;如果加上適當的諧振腔的反饋作用便形成光振盪,從而發射出激光。這就是激光器的工作原理。1951年,美國物理學家珀塞爾和龐德在實驗中成功地造成了粒子數反轉,並獲得了每秒50千赫的受激輻射。稍後,美國物理學家查爾斯·湯斯以及蘇聯物理學家馬索夫和普羅霍洛夫先後提出了利用原子和分子的受激輻射原理來產生和放大微波的設計。
然而上述的微波波譜學理論和實驗研究大都屬於「純科學」,對於激光器到底能否研製成功,在當時還是很渺茫的。
但科學家的努力終究有了結果。1954年,前面提到的美國物理學家湯斯終於製成了第一台氨分子束微波激射器,成功地開創了利用分子和原子體系作為微波輻射相干放大器或振盪器的先例。
湯斯等人研製的微波激射器只產生了1.25厘米波長的微波,功率很小。生產和科技不斷發展的需要推動科學家們去探索新的發光機理,以產生新的性能優異的光源。1958年,湯斯與姐夫阿瑟·肖洛將微波激射器與光學、光譜學的理論知識結合起來,提出了採用開式諧振腔的關鍵性建議,並預防了激光的相乾性、方向性、線寬和噪音等性質。同期,巴索夫和普羅霍洛夫等人也提出了實現受激輻射光放大的原理性方案。
此後,世界上許多實驗室都被捲入了一場激烈的研製競賽,看誰能成功製造並運轉世界上第一台激光器。
1960年,美國物理學家西奧多·梅曼在佛羅里達州邁阿密的研究實驗室里,勉強贏得了這場世界范圍內的研製競賽。他用一個高強閃光燈管來刺激在紅寶石水晶里的鉻原子,從而產生一條相當集中的纖細紅色光柱,當它射向某一點時,可使這一點達到比太陽還高的溫度。
「梅曼設計」引起了科學界的震驚和懷疑,因為科學家們一直在注視和期待著的是氦氖激光器。
盡管梅曼是第一個將激光引入實用領域的科學家,但在法庭上,關於到底是誰發明了這項技術的爭論,曾一度引起很大爭議。競爭者之一就是「激光」(「受激輻射式光頻放大器」的縮略詞)一詞的發明者戈登·古爾德。他在1957年攻讀哥倫比亞大學博士學位時提出了這個詞。與此同時,微波激射器的發明者湯斯與肖洛也發展了有關激光的概念。經法庭最終判決,湯斯因研究的書面工作早於古爾德9個月而成為勝者。不過梅曼的激光器的發明權卻未受到動搖。
1960年12月,出生於伊朗的美國科學家賈萬率人終於成功地製造並運轉了全世界第一台氣體激光器——氦氖激光器。1962年,有三組科學家幾乎同時發明了半導體激光器。1966年,科學家們又研製成了波長可在一段范圍內連續調節的有機染料激光器。此外,還有輸出能量大、功率高,而且不依賴電網的化學激光器等紛紛問世。
由於激光器具備的種種突出特點,因而被很快運用於工業、農業、精密測量和探測、通訊與信息處理、醫療、軍事等各方面,並在許多領域引起了革命性的突破。比如,人們利用激光集中而極高的能量,可以對各種材料進行加工,能夠做到在一個針頭上鑽200個孔;激光作為一種在生物機體上引起刺激、變異、燒灼、汽化等效應的手段,已在醫療、農業的實際應用上取得了良好效果;在通信領域,一條用激光柱傳送信號的光導電纜,可以攜帶相當於2萬根電話銅線所攜帶的信息量;激光在軍事上除用於通信、夜視、預警、測距等方面外,多種激光武器和激光制導武器也已經投入實用。
今後,隨著人類對激光技術的進一步研究和發展,激光器的性能將進一步提升,成本將進一步降低,但是它的應用范圍卻還將繼續擴大,並將發揮出越來越巨大的作用。
[編輯本段]激光器的種類
1. 氣體激光器
在氣體激光器中,最常見的是氦氖激光器。世界上第一台氦氖激光器是繼第一台紅寶石激光器之後不久,於1960年在美國貝爾實驗室里由伊朗物理學家賈萬製成的。由於氦氖激光器發出的光束方向性和單色性好,可以連續工作,所以這種激光器是當今使用最多的激光器,主要用在全息照相的精密測量、準直定位上。
氣體激光器中另一種典型代表是氬離子激光器。它可以發出鮮艷的藍綠色光,可連續工作,輸出功率達100多瓦。這種激光器是在可見光區域內輸出功率最高的一種激光器。由於它發出的激光是藍綠色的,所以在眼科上用得最多,因為人眼對藍綠色的反應很靈敏,眼底視網膜上的血紅素、葉黃素能吸收綠光。因此,用氬離子激光器進行眼科手術時,能迅速形成局部加熱,將視網膜上蛋白質變成凝膠狀態,它是焊接視網膜的理想光源。氬離子激光器發出的藍綠色激光還能深入海水層,而不被海水吸收,因而可廣泛用於水下勘測作業。
2. 液體、化學和半導體激光器
液體激光器也稱染料激光器,因為這類激光器的激活物質是某些有機染料溶解在乙醇、甲醇或水等液體中形成的溶液。為了激發它們發射出激光,一般採用高速閃光燈作激光源,或者由其他激光器發出很短的光脈沖。液體激光器發出的激光對於光譜分析、激光化學和其他科學研究,具有重要的意義。
化學激光器是用化學反應來產生激光的。如氟原子和氫原子發生化學反應時,能生成處於激發狀態的氟化氫分子。這樣,當兩種氣體迅速混合後,便能產生激光,因此不需要別的能量,就能直接從化學反應中獲得很強大的光能。這類激光器比較適合於野外工作,或用於軍事目的,令人畏懼的死光武器就是應用化學激光器的一項成果。
在當今的激光器中,還有一些是用半導體製成的。它們叫砷化鎵半導體激光器,體積只有火柴盒大小,這是一種微型激光器,輸出波長為人眼看不見的紅外線,在0.8~0.9微米之間。由於這種激光器體積小,結構簡單,只要通以適當強度的電流就有激光射出,再加上輸出波長在紅外線光范圍內,所以保密性特別強,很適合用在飛機、軍艦和坦克上。
3. 固體激光器
前面所提到的紅寶石激光器就是固體激光器的一種。早期的紅寶石激光器是採用普通光源作為激發源。現在生產的紅寶石激光器已經開發出許多新產品,種類也增多。此外,激勵的方式也分為好幾種,除了光激勵外,還有放電激勵、熱激勵和化學激勵等。
固體激光器中常用的還有釔鋁石榴石激光器,它的工作物質是氧化鋁和氧化釔合成的晶體,並摻有氧化釹。激光是由晶體中的釹離子放出,是人眼看不見的紅外光,可以連續工作,也可以脈沖方式工作。由於這種激光器輸出功率比較大,不僅在軍事上有用,也可廣泛用於工業上。此外,釔鋁石榴石激光器或液體激光器中的染料激光器,對治療白內障和青光眼十分有效。
4. 「隱身」和「變色」激光器
另外還有兩種較為特殊的激光器。一種是二氧化碳激光器,可稱「隱身人」,因為它發出的激光波長為10.6微米,「身」處紅外區,肉眼不能覺察,它的工作方式有連續、脈沖兩種。連接方式產生的激光功率可達20千瓦以上。脈沖方式產生的波長10.6微米激光也是最強大的一種激光。人們已用它來「打」出原子核中的中子。二氧化碳激光器的出現是激光發展中的重大進展,也是光武器和核聚變研究中的重大成果。最普通的二氧化碳激光器是一支長1米左右的放電管。它的一端貼上鍍金反射鏡片,另一端貼一塊能讓10.6微米紅外光通過的鍺平面鏡片作為紅外激光輸出鏡。一般的玻璃鏡片不讓這種紅外光通過,所以個能做輸出鏡。放電管放電時發出粉紅色的自發輻射光,它產生的激光是看不見的,在磚上足以把磚頭燒到發出耀眼的白光。做實驗時,一不小心就會把自己的衣服燒壞,裸露的皮膚碰到了也要燒傷,所以這種激光器上都貼著「危險」的標記,操作時要特別留神。
5.近紅外光譜儀
近紅外光譜儀專為滿足實際應用的挑戰而設計的,具有卓越的性能、長期穩定性、結構緊湊和超低功耗的優點。
二氧化碳激光器形式很多。放電管最長的達200多米,要佔據很大的場地。科學家想出辦法,將筆直的放電管彎成來回轉折的形狀,或是把放電管疊起來安裝,將它們的實際長度壓縮到20米左右;為了使激光器的光路不受振動的影響,整個器件安放在地下室粗大的管道內。後來發明的一種稱為橫向流動的二氧化碳激光器,長度縮到只有一張大辦公桌那樣長短,能射出幾千瓦功率的激光。這樣的激光器已被許多汽車拖拉機廠用來加工大型零件。輸出功率更大的一種二氧化碳激光器結構像大型噴氣發動機,開動起來聲音響得嚇人,它能產生上百萬瓦的連續激光,是連續方式發射激光中的最強者。最初的激光打坦克靶實驗,用的就是這種激光器。它是科學家把空氣動力學和激光科學相結合而製造出來的。
以脈沖方式發射的二氧化碳激光器也有很多種,在科研和工業中用途極廣。如果按每一脈沖發出的能量大小作比較,那麼,脈沖二氧化碳激光器又是脈沖激光器中的最強者。
這里,我們要回到激光先驅者湯斯曾經研究過的問題上來,談一談毫米波的產生。隨著激光技術的發展,許多科學家對這一難題又發起了進攻:採用放電或利用強大的二氧化碳激光作為激勵源去激發氟甲烷、氨等氣體分子,一步步地把發射出來的激光波長延長,擴展。開始達幾十微米,後來達幾百微米,也就是亞毫米波了。本世紀60年代中期到70年代中期,隨著微波技術的發展,科學家根據激光的原理和方法產生了毫米波。這樣,從光波到微波之間的空白地帶便被不斷發現的新紅外激光填補了。
從研究中,科學家發現毫米波很有實用價值:大氣對它的吸收率很小、阻礙它傳播的影響也小,可以用它來作為新的大氣通訊工具。
另一種比較特殊、新穎的激光器,可以形象地稱它為「變色龍」。它不是龍,但確實能變色;只要轉動一個激光器上的旋鈕,就可以獲得紅、橙、黃、綠、青、藍、紫各種顏色的激光。
難道染料跟激光器也有關系嗎?一點也不錯。這種激光器的工作物質確實就是染料,如碳花青、若丹明和香豆素等等。科學家至今還沒有弄清楚這些染料的分子能級和原子結構,只知道它們與氣體工作物質的氣體原子、離子結構不一樣;氣體產生的激光有明確的波長,而染料產生的激光,波長范圍較廣,或者說有多種色彩。染料激光器的光學諧振腔中裝有一個稱為光柵的光學元件。通過它可以根據需要選擇激光的色彩,就像從收音機里選聽不同頻率的無線電台廣播一樣。
染料激光器的激勵源是光泵,可以用脈沖氙燈,也可以用氮分子激光器發出的激光。用一種顏色的激光作光泵,結果能產生其他顏色的激光可以說是染料激光器的特點之一。
這種根據需要可以隨時改變產生激光的波長的激光器,主要用於光譜學研究;許多物質會有選擇地吸收某些波長的光,產生共振現象。科學家用這些現象分析物質,了解材料結構;還用這些激光器來產生新的激光,研究一些奇異的光學和光譜學現象。
8. 問一下激光發明與發展歷史
1953年,美復國物理學家查爾斯制·哈德·湯斯和他的學生阿瑟·肖洛製成了第一台微波量子放大器,獲得了高度相乾的微波束。
1958年,C.H.湯斯和A.L.肖洛把微波量子放大器原理推廣應用到光頻范圍。
1960年,T.H.西奧多·梅曼製成了第一台紅寶石激光器。
1961年,伊朗科學家A.賈文等人製成了氦氖激光器。
1962年,R.N.霍耳等人創制了砷化鎵半導體激光器。
2013年,南非科學與工業研究委員會國家激光中心研究人員開發出世界首個數字激光器,開辟了激光應用的新前景。研究成果發表在2013年8月2日英國《自然通訊》雜志上。
9. 激光武器的發展歷史是怎樣的
激光武器已有30多年的發展歷史,其關鍵技術也已取得突破,美國、俄羅斯、法國、以內色列等國都成功容進行了各種激光打靶試驗。
低能激光武器已經投入使用,主要用於干擾和致盲較近距離的光電感測器,以及攻擊人眼和一些增強型觀測設備;高能激光武器主要採用化學激光器,按照現有的水平,今後5~10年內可望在地面和空中平台上部署使用,用於戰術防空、戰區反導和反衛星作戰等。
10. 光纖激光器的發展史
早期對激光器的研製主要集中在研究短脈沖的輸出和可調諧波長范圍的擴展方面。今天,密集波分復用(DWDM)和光時分復用技術的飛速發展及日益進步加速和刺激著多波長光纖激光器技術、超連續光纖激光器等的進步。同時,多波長光纖激光器和超連續光纖激光器的出現,則為低成本地實現Tb/s的DWDM或OTDM傳輸提供理想的解決方案。就其實現的技術途徑來看,採用EDFA放大的自發輻射、飛秒脈沖技術、超發光三極體等技術均見報道。
國內外對於光纖激光器的研究方向和熱點主要集中在高功率光纖激光器、高功率光子晶體光纖激光器、窄線寬可調諧光纖激光器、多波長光纖激光器、非線性效應光纖激光器和超短脈沖光纖激光器等幾個方面。
1962年世界上第一個GaAs半導體激光器問世以來,已有五十餘年的歷史,半導體激光器已廣泛地應用於激光通信、光碟存儲、激光檢測等領域。
隨著半導體激光器連續輸出功率的日益提高,其應用范圍也不斷擴大,其中大功率半導體激光器泵浦的固體激光器(DPSSL)是它最大的應用領域之一。這一技術綜合了半導體激光器與固體激光器的優點,不僅將半導體激光器的波長轉換為固體激光器的波長,而且伴隨光束質量的改善和光譜線寬的壓縮,以及實現脈沖輸出等。半導體激光器體積小、重量輕,直接電子注入具有很高的量子效率,可以通過調整組份和控制溫度得到不同的波長與固體激光材料的吸收波長相匹配,但它本身的光束質量較差,且兩個方向不對稱,橫模特性也不盡理想。而固體激光器的輸出光束質量較高,有很高的時間和空間相乾性,光譜線寬與光束發散角比半導體激光小幾個量級。對於DPSSL,是吸收波長短的高能量光子,轉化為波長較長的低能量光子,這樣總有一部分能量以無輻射躍遷的方式轉換為熱。這部分熱能量將如何從塊狀激光介質中散發、排除成為半導體泵浦固體激光器的關鍵技術。為此,人們開始探索增大散熱面積的方法。
方法之一就是將激光介質做成細長的光纖形狀。
所謂光纖激光器就是用光纖作激光介質的激光器,1964年世界上第一代玻璃激光器就是光纖激光器。由於光纖的纖芯很細,一般的泵浦源(例如氣體放電燈)很難聚焦到芯部。所以在以後的二十餘年中光纖激光器沒有得到很好的發展。隨著半導體激光器泵浦技術的發展,以及光纖通信蓬勃發展的需要,1987年英國南安普頓大學及美國貝爾實驗室實驗證明了摻鉺光纖放大器(EDFA)的可行性。它採用半導體激光光泵摻鉺單模光纖對光信號實現放大,這種EDFA已經成為光纖通信中不可缺少的重要器件。由於要將半導體激光泵浦入單模光纖的纖芯(一般直徑小於10um),要求半導體激光也必須為單模的,這使得單模EDFA難以實現高功率,報道的最高功率也就幾百毫瓦。
為了提高功率,1988年左右有人提出光泵由包層進入。初期的設計是圓形的內包層,但由於圓形內包層完美的對稱性,使得泵浦吸收效率不高,直到九十年代初矩形內包層的出現,使激光轉換效率提高到50%,輸出功率達到5瓦。1999年用四個45瓦的半導體激光器從兩端泵浦,獲得了110瓦的單模連續激光輸出。近兩年,隨著高功率半導體激光器泵浦技術和雙包層光纖製作工藝的發展,光纖激光器的輸出功率逐步提高,採用單根光纖,已經實現了1000瓦的激光輸出。
隨著光纖通信系統的廣泛應用和發展,超快速光電子學、非線性光學、光感測等各種領域應用的研究已得到日益重視。其中,以光纖 作基質的光纖激光器,在降低閾值、振盪波長范圍、波長可調諧性能等方面,已明顯取得進步,是光通信領域的新興技術,它可以用於現有的通信系統,使之支 持更高的傳輸速度,是未來高碼率密集波分復用系統和未來相干光通信的基礎。光纖激光器技術是研究的熱點技術之一。
光纖激光器由於其具有絕對理想的光束質量、超高的轉換效率、完全免維護、高穩定性以及體積小等優點,對傳統的激光行業產生巨大而積極的影響。 最新市場調查顯示:光纖激光器供應商將爭奪固體激光器及其他激光器在若干關鍵應用領域的市場份額,而這些市場份額在未來幾年將穩步看漲。到2010年,光纖激光器將至少佔領工業激光器28億美元市場份額的四分之一。光纖激光器的銷售量將以年增幅愈35%的速度攀升,從2005年的1.4億美元增至2010年的6.8億美元。而同期,工業激光器市場每年增幅僅9%,2010年達到28億美元。