强推被分享过无数次的《奇妙的发明》,值得反复读!(6)

2023-05-01 来源:飞速影视
在肖洛和汤斯的理论指引下,许多实验室开始研究如何实现光学脉泽,纷纷致力于寻找合适的材料和方法。他们的思想启示梅曼(T·Maiman)做出了第一台激光器。
梅曼用一根红宝石棒产生间断的红光脉冲。这种光是相干的,在传播时不会漫散开,几乎始终保持成一窄束光。即使将这样的光束射到32万千米之外的月球上,光点也只扩展到两三千米的范围。它的能量耗损很小,这样,人们就自然想到向月球表面发射光脉泽束,以绘制月面地形图,这种方法远比以往的望远镜有效得多。
大量的能量聚集在很窄的光束中,使它还能用于医学(例如在某些眼科手术中)和化学分析,它能使物体的一小点汽化,从而进行光谱研究。
这种光比以往产生的任何光具有更强的单色性。光束中的所有光都具有相同的波长,这就意味着这种光束经调制后可用来传送信息,和普通无线电通信中被调制的无线电载波几乎完全一样。由于光的频率很高,在给定的频带上,它的信息容量远大于频率较低的无线电波,这就是用光作载波的优点。
可见光脉泽就是现在大家熟悉的激光,激光的英文名字也可音译为镭射(laser),laser是“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”(受激辐射光放大)的缩写。
梅曼是美国休斯研究实验室量子电子部年轻的负责人。他于1955年在斯坦福大学获博士学位,研究的正是微波波谱学,在休斯实验室做脉泽的研究工作,并发展了红宝石脉泽,不过需要液氮冷却,后来改用干冰冷却。梅曼能在红宝石激光首先作出突破,并非偶然,因为他已有用红宝石进行脉泽的经验多年,他预感到用红宝石做激光器的可能性,这种材料具有相当多的优点,例如能级结构比较简单,机械强度比较高,体积小巧,无需低温冷却,等等。但是,当时他从文献上知道,红宝石的量子效率很低,如果真是这样,那就没有用场了。梅曼寻找其他材料,但都不理想,于是他想根据红宝石的特性,寻找类似的材料来代替它。为此他测量了红宝石的荧光效率。没有想到,荧光效率竟是75%,接近于1。梅曼喜出望外,决定用红宝石做激光元件。
通过计算,他认识到最重要的是要有高色温(大约5000K)的激烈光源。起初他设想用水银灯把红宝石棒放在椭圆形柱体中,这样也许有可能起动。但再一想,觉得无须连续运行,脉冲即可,于是他决定利用氙(Xe)灯。梅曼查询商品目录,根据商品的技术指标选定通用电气公司出产的闪光灯,它是用于航空摄影的,有足够的亮度,但这种灯具有螺旋状结构,不适于椭圆柱聚光腔。他又想了一个妙法,把红宝石棒插在螺旋灯管之中,红宝石棒直径大约为1厘米、长为2厘米,正好塞在灯管里。红宝石两端蒸镀银膜,银膜中部留一小孔,让光逸出。孔径的大小,通过实验决定。
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