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。
20世纪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125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荡器的先例,因而具有重大意义。与此同时,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。