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激光器的发明和应用（第1页）

激光器的发明和应用

激光的出现是20世纪60年代最重大的科学技术成就之一。它以其高亮度、高方向性、高单色性、高相干性等突出特点，得到了广泛的应用，并在科学技术的许多重大领域开辟了新的生长点，引起了革命性的变化。

1916年，爱因斯坦发表了《关于辐射的量子理论》一文，首次提出了受激辐射的概念。按照这个理论，处于高能态的物质粒子受到一个能量等于两个能级之间能量差的光子的作用，将转变到低能态，并产生第二个光子，同第一个光子同时发射出来，这就是受激辐射。这种辐射输出的光获得了放大，而且是相干光，即两个光子的方向、频率、位相、偏振都完全相同。

随着量子力学的建立和发展，人们对物质的微观结构及其运动规律有了更深入的了解，微观粒子的能级分布、跃迁和光子辐射等也得到了更有力的证明，这就在客观上更加完善了爱因斯坦的辐射理论，为激光的产生奠定了理论基础。40年代末，出现了量子电子学，它主要研究电磁辐射与各种微观粒子系统的相互作用，并从而研制出相应的器件。这些理论和技术的进展，都为激光器的发明准备了条件。

1951年，美国物理学家珀塞尔和庞德在核感应实验中，把加在工作物质上的磁场突然反向，结果在核自旋体系中造成了粒子数反转，并获得了每秒50千赫的受激辐射，这是在激光史上有重大意义的实验。

1954年，美国科学家汤斯和他的助手戈登、蔡格一起，制成了第一台氨分子束微波激射器。这台微波激射器产生了1．25厘米波长的微波，功率很小，但它成功地开创了利用分子或原子体系作为微波辐射相干放大器或振**器的先例，因而具有重大意义。与此同时，苏联的巴索夫和普罗霍洛夫以及美国马里兰大学的韦伯，也分别独立地提出了微波激射器的思想。

由于微波激射器的成功，使人们进一步想到，如果把微波激射器的原理推广到光频波段，就有可能制成一种相干光辐射的振**器或放大器。生产和科学技术发展的需要，也推动科学家们去探索新的发光机理，以产生新的性能优异的光源。

1958年，肖洛与汤斯将微波激射器与光学、光谱学的知识结合起来，提出了采用开式谐振腔的关键建议，并预言了激光的相干性、方向性、线宽和噪音等性质。同一时期，巴索夫、普罗霍洛夫等人也提出了实现受激辐射光放大的原理性方案。

1960年7月，美国青年科学家梅曼成功地制造并运转了世界第一台激光器。工作物质用人造红宝石，激励源是强的脉冲氙灯，它获得了波长0．6943微米的红色脉冲激光。

第一台激光器问世以后，激光发展很快，短短时间里就出现了许多不同类型的激光器。1961～1964年，先后制成钕玻璃激光器和掺钕钇铝石榴石激光器，它们和红宝石激光器都是迄今仍被大量应用的固体激光器。

1960年底，贝尔电话实验室的贾万等人制成了第一台气体激光器——氦氖激光器。1962年，有三组科学家几乎同时发明了半导体结激光器。1966年，又研制成了波长可在一段范围内连续调节的有机染料激光器。此外，还有输出能量大、功率高，而且不依赖电网的化学激光器等。．由于激光器的种种突出特点，因而很快被运用于工业、农业、精密测量和探测、通讯与信息处理、医疗、军事等各方面，并在许多领域引起了革命性的突破。比如，利用激光集中而极高的能量，可以对各种材料进行加工。

激光作为一种在生物机体上引起刺激、变异、烧灼、汽化等效应的手段，已在医疗、农业上取得良好的效果；激光在军事上除用于通信、夜视、预警、测距等方面外，各种激光武器、激光制导武器已投入实用。今后，随着激光技术的进一步发展，激光器的性能和成本进一步降低，其应用范围还将继续扩大，并将发挥出越来越重大的作用。

高压锅的问世

高压锅作为厨房用具的历史并不太长，但它的出现却是300多年前的事了。

发明高压锅的是法国科学家帕平，他于1647年出生于法国的布卢瓦，后来到伦敦，担任著名科学家波意耳的助手。

由于他有很多发明创造，所以成为了英国皇家学会会员。

帕平早就有发明高压锅的念头。他想，既然水沸腾的温度可以随着压力的升高而上升，那么，要是把盛水的容器密封起来，在使蒸汽不外泄的情况下加热，容器内的压力增高，沸点也会超过100cI=。如果把食物放在这样的容器里，一定会熟的更快，煮的更烂。

按照这一设想，他开始进行试验。

在密闭的容器里给水加热是很危险的。因为蒸汽不能外泄，它对容器的压力就要大大升高，最后就会像炸弹一样引起容器爆炸。

为了使容器内的压力不至于太高，帕平发明了一个减压装置，用它使蒸汽在达到危险压力以前就放泄出去，这个装置就是现在高压锅上的“安全阀”。

帕平给他发明的安全高压锅取了个名字叫“消化器”。’高压锅的初次使用是在皇家学会会员的一次集会上，帕平用他发明的高压锅做了菜请大家品尝，给大家留下了深刻的印象。

当时出席这次集会的皇家学会会员约翰·叶维林在他的日记中这样写道：1681年4月12日。这天下午，几位皇家学会会员受帕平的邀请共进晚餐。席上的鱼、肉全是用帕平的“消化器”烧煮的，连最硬的牛羊肉都煮得像奶酪一样稀烂，只用了8盎司的煤就煮出了大量的肉汁。用牛骨煮的肉冻香气扑鼻，是我从未吃过、也从未见过的。

1681年，帕平写了一本书介绍这种装置，这本书包括一幅高压锅结构图和详细说明其结构的文字，并用若干章的文字详细介绍了用压力锅做羊肉、牛肉、兔子肉、鸽子肉、鲭鱼、狗鱼、大豆、青豆等食物的情况。

帕平一再强调说，用这种烹调法能保留用其他方法不能保留的香味和营养成分。

英皇查理二世对这一发明极感兴趣，并特地命令帕平为他制造了一个，放在白金汉宫中国王的实验室里。

若干年后，帕平开始任皇家学会的临时实验室主任，1712年前后逝世于伦敦。

晶体管的诞生

晶体管是在人们对半导体材料进行深入研究的基础上发明的。半导体材料是导电性介于金属和绝缘体之间的材料，一般是固体，比如锗和硅等。半导体中杂质的含量和外界条件（如温度和光照）的改变会引起导电性能发生很大变化。半导体材料之间，或者半导体和某些金属材料之间相接触的地方，具有单向导电的性能，和二极电子管的性能相像。

1928年，有人提议用半导体材料制作和电子管功能差不多的晶体管。但一方面由于当时还缺少研究半导体电子特性的固体物理学知识；另一方面由于按温度、压力、化学组成等宏观概念产生的半导体材料在微观结构上是混乱的，没有规律，它的电子性能具有很大的偶然性，因此晶体管没有研制成功。

随着研究分子、原子和电子状态的固体物理学的发展，随着晶体生长理论和生长技术的发展，高纯度的晶体锗生产出来了，这就给晶体管的研制创造了条件。

美国贝尔研究所的巴丁、肖克利、布拉顿等人合作研制成功了晶体管。

巴丁原是大学教授，担任贝尔研究所所长，研究半导体理论，1947年他提出关于结晶表面的理论。’布拉顿是实验物理学家，他对半导体表面进行实验研究，发展了半导体单晶的精制、成长等有关技术。巴丁和布拉顿两人，一个是理论家，一个是实验大师。

1948年他们合作研制成功第一个点接触型晶体管。

肖克利从1936年开始进行关于固体物理学、金属学、电子学等基础理论研究。从1945年起在贝尔研究所从事半导体理论研究，1949年他提出了P—N结理论（关于晶体中由于掺人杂质的不同所形成的P型和N型两种导电类型区域的理论）。不久，贝尔研究所研制成功第一个结型晶体三极管。

由于研制成功晶体管，他们三人获得1956年诺贝尔物理奖。

晶体管最初采用锗晶体做原料，后来由于硅的提纯和加工技术的发展，硅晶体比锗晶体的性能优越得多，因此硅晶体管取代了锗晶体管。晶体管具有小型、重量轻、性能可靠、省电等优点。正是由于具有这些优点，到50年代末和60年代初，晶体管逐渐代替了电子管。