世界第一臺紅寶石激光器誕生記

　　激光素有神奇光之稱。如今，你只要稍加留意，就會發(fā)現(xiàn)激光就在我們身邊：激光唱機(jī)的動聽樂曲不斷回蕩在樓宇之間；激光影碟機(jī)悄然走進(jìn)了千家萬戶；商場里商品貼的是激光防偽標(biāo)志；激光照排則包攬了所有的報刊雜志。我們遠(yuǎn)隔千里就可以同親人朋友通話，也是激光的功勞，因為光纖傳送的正是激光。激光雕刻細(xì)致入微，精確無比，可在鋼板、水晶等高強(qiáng)度材料上雕刻，廣泛應(yīng)用于工業(yè)打標(biāo)、激光成型、禮品標(biāo)牌。

　　1960年5月15日，在休斯公司的一個研究室里，年輕的美國物理學(xué)家梅曼正在進(jìn)行一項重要的實驗。他的實驗裝置里有一根人造紅寶石棒。突然，一束深紅色的亮光從裝置中射出，它的亮度是太陽表面的4倍！這是一種完全新型的光，科學(xué)家渴望多年而自然界中并不存在的光，它被命名為Laser，是英文"受激輻射光放大"大縮寫，這就是激光。產(chǎn)生激光的裝置被稱為激光器。激光和激光器的問世，被稱為20世紀(jì)最重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。

　　紅寶石激光器的工作物質(zhì)是紅寶石棒。在激光器的設(shè)想提出不久，紅寶石就被首先用來制成了世界上第一臺激光器。激光用紅寶石晶體的基質(zhì)是Al2O3，晶體內(nèi)摻有約0.05%（重量比）的Cr2O3。Cr3+密度約為，1.58×1019/厘米3。Cr3+在晶體中取代Al3+位置而均勻分布在其中，光學(xué)上屬于負(fù)單軸晶體。在Xe（氙）燈照射下，紅寶石晶體中原來處于基態(tài)E1的粒子，吸收了Xe燈發(fā)射的光子而被激發(fā)到E3能級。粒子在E3能級的平均壽命很短（約10-9秒）。大部分粒子通過無輻射躍遷到達(dá)激光上能級E2。粒子在E2能級的壽命很長，可達(dá)3×10-3秒。所以在E2能級上積累起大量粒子，形成E2和E1之間的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，此時晶體對頻率ν滿足hν=E2—E1（其中h為普朗克常數(shù)，E2、E1分別為激光上、下能級的能量）的光子有放大作用，即對該頻率的光有增益。當(dāng)增益G足夠大，能滿足閾值條件時，就在部分反射鏡端有波長為6943×10-10米的激光輸出。

　　在第一臺激光器獲得成功后，梅曼又繼續(xù)對激光器在醫(yī)學(xué)治療上的應(yīng)用進(jìn)行研究，盡管當(dāng)時的公眾認(rèn)為這是一種“致死”的光線。不過，由于休斯公司并沒有再對激光器的潛在應(yīng)用進(jìn)行更多的投入，梅曼選擇了離開并于1961年創(chuàng)辦了自己的Korad公司。