百年激光史实验室里写下星空宇宙

百年追光，实验室里写下星辰宇宙；浩瀚未来，受激之光照亮万般绚烂。

激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，是一种人造光，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”。它的亮度约为太阳光的亿倍。

激光的最初的中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译，是取自英文LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation的各单词头一个字母组成的缩写词。意思是“通过受激发射光扩大”。激光的英文全名已经完全表达了制造激光的主要过程。年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。

激光示意图

（本文部分素材来源于张杰院士报告）

人类第一束激光

激光的原理早在年已被著名的美国物理学家爱因斯坦发现，但直到年激光才被首次成功制造。

年，爱因斯坦提出光子学说；年，爱因斯坦提出了受激辐射的概念，预测光可以产生受激辐射放大，为激光的发明奠定了理论基础。

这一理论是说在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这就叫做“受激辐射的光放大”。

年，美国物理学家汤斯（CharlesTownes）用微波实现了激光器的前身：微波受激发射放大（英文首字母缩写maser）。

年，美国发明家GordonGould创造了“laser”这个单词，从理论上指出可以用光激发原子。

年，美国科学家汤斯（Townes）等人（当时中国物理学家王天眷参与了该实验）发现了一种神奇的现象：当他们将氖光灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时，晶体的分子会发出鲜艳的、始终会聚在一起的强光。根据这一现象，他们提出了“激光原理”，即物质在受到与其分子固有振荡频率相同的能量激发时，都会产生这种不发散的强光——激光。几乎同时，前苏联物理学家巴索夫和普罗霍罗夫建造了第一台微波量子发生器，即微波激射器(受激发射的微波放大装置)。三人也因此获得了年的诺贝尔物理学奖。

年5月15日，美国加利福尼亚州休斯实验室的科学家梅曼宣布获得了波长为0.微米的激光，这是人类有史以来获得的第一束激光，梅曼因而也成为世界上第一个将激光引入实用领域的科学家。

年7月7日，梅曼宣布世界上第一台激光器诞生，梅曼的方案是，利用一个高强闪光灯管，来激发红宝石。由于红宝石其实在物理上只是一种掺有铬原子的刚玉，所以当红宝石受到刺激时，就会发出一种红光。在一块表面镀上反光镜的红宝石的表面钻一个孔，使红光可以从这个孔溢出，从而产生一条相当集中的纤细红色光柱，当它射向某一点时，可使其达到比太阳表面还高的温度。

此时距离爱因斯坦提出激光理论已经相距44年才研制出第一台激光器，主要原因是：普通光源中粒子产生受激辐射的概率极小，当频率一定的光射入工作物质时，受激辐射和受激吸收两过程同时存在，受激辐射使光子数增加，受激吸收却使光子数减小。物质处于热平衡态时，粒子在各能级上的分布，遵循平衡态下粒子的统计分布规律。按统计分布规律，处在较低能级E1的粒子数必大于处在较高能级E2的粒子数。这样光穿过工作物质时，光的能量只会减弱不会加强。要想使受激辐射占优势，必须使处在高能级E2的粒子数大于处在低能级E1的粒子数。这种分布正好与平衡态时的粒子分布相反，称为粒子数反转分布，简称粒子数反转。如何从技术上实现粒子数反转是产生激光的必要条件。

啁啾脉冲放大技术（CPA）提供了超高的聚焦光强，使在实验室研究高能量密度物理成为可能

中国第一台激光器

年，“两弹一星”元勋、两院院士、著名光学家王大珩等人在长春建立了我国第一所光学专业研究所——中国科学院（长春）光学精密仪器机械研究所。

年，中国第一台激光器就诞生于长春光机所，由“中国激光之父”、物理学家王之江等人研制成功，桔红色的明亮光斑照亮了中国激光史。它虽比国外同类型激光器的问世迟了近一年，但在许多方面有自身的特色，特别是在激发方式上，比国外激光器具有更好的激发效率，这表明我国激光技术当时已达到世界先进水平。

年，专门研究激光技术的中科院上海光学精密机械研究所诞生，这也是世界上第一个专门从事激光技术的研究所。同年，在我国著名科学家钱学森的提议下，将“受激发射的光”称为“激光”。也是在同年，我国著名物理学家王淦昌院士提出了激光核聚变的初步理论，从而使我国在这一领域的科研工作走在当时世界的前列。

改革开放以来，激光技术获得了空前发展的机遇。20多年来，面向应用，面向世界，面向未来，激光科技事业取得了前所未有的进步，涌现出一批国际先进水平的成果，为迈向21世纪打下了坚实的基础。

年5月，分别在上海、北京举行了第一次国际激光会议，与会代表人（国外66人），宣读篇报告（国外65篇），邓小平同志亲切接见了与会中外代表。

年在广州和年在厦门又举行了第二次、第三次国际会议，改变了我国的激光技术多年来封闭运转的局面，开始走向世界。一大批年轻科技人才出国进修，其中相当一部分优秀人才学成归国。

为了形成高水平的研究开发中心，对科研队伍和布局进行了积极调整，先后成立了一批国家重点实验室、开放实验室、国家工程研究中心和产学研组织。由于拥有国际先进的仪器设备和设施，聚集了高水平的科技人才，又有较为灵活的运行机制，目前正在为激光科技成果转化、创造自主知识产权和促进激光技术产业化发挥重要作用。

在多项国家级战略性科技计划中，激光技术受到重视。“”计划七大领域中有激光技术和光电子技术（包括用于信息领域的激光技术），年又增列了“惯性约束聚变”主题。国防预研光电子技术作为跨部门项目正式立项，其中也包括激光技术。国家“六五”和“七五”攻关计划，激光技术被列为重大项目。

此外，国家自然科学基金-年间年平均资助27.6个激光领域项目。这些由国家支持的计划都经过了充分论证和严格挑选，对国民经济和国防建设具有重要意义。许多激光科研单位也主动进行组织体制和运行机制的改革，面向市场、鼓励创新、大力促进科技成果向商品转化，取得了可喜成绩。

搭上理论与应用结合的快车

激光是在有理论准备和生产实践迫切需要的背景下应运而生的，它一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴产业的出现。激光可使人们有效地利用前所未有的先进方法和手段，去获得空前的效益和成果，从而促进了生产力的发展。

传说中的“阿基米德死亡射线”，是人类较早利用光的方式之一

年，激光首次在外科手术中用于杀灭视网膜肿瘤。

年，前苏联科学家尼古拉-巴索夫发明半导体二极管激光器，这是今天小型商用激光器的支柱。

年，激光进入艺术世界，用于舞台光影效果，以及激光全息摄像。英国籍匈牙利裔物理学家DennisGabor凭借对全息摄像的研究获得诺贝尔奖。

年，第一个超市条形码扫描器出现。

年，IBM投放第一台商用激光打印机。

年，飞利浦制造出第一台激光盘播放机，简称LD。

年，第一台紧凑碟片（CD）播放机出现，第一部CD盘是美国歌手BillyJoel在年的专辑52ndStreet。

年，时任美国总统里根发表了“星球大战”的演讲，描绘了基于太空的激光武器。

年，北美和欧洲间架设了第一根光纤，用光脉冲来传输数据。

年，美国麻省宝丽来公司的EliasSnitzer和HongPo等人最早提出了双包层光纤激光器的构想。

年，巴西宣布研制成功一种便携式半导体激光大气通信系统。这种通过激光器联通线路的军用红外通信装置，其外形如同一架双筒望远镜，在上面安装了激光二极管和麦克风。使用时，一方将双筒镜对准另一方即可实现通信，通信距离为1千米，如果将光学天线固定下来，通信距离可达15千米。

年，激光用于制造业，包括集成电路和汽车制造。

20世纪90年代初，俄罗斯研制成功了大功率半导体激光器。

年，第一次用激光治疗近视，海湾战争中第一次用激光制导导弹。

年，全球最大的光纤激光制造商IPGPhotonics由ValentinGapontsev博士创建，总部设在美国东部麻省。IPG在德国、美国、俄罗斯和意大利设有生产、研发基地，并在全球设有销售和服务网点，覆盖美国、英国、欧洲、印度、日本、韩国、新加坡和中国，并于年在美国纳斯达克上市。

年，东芝推出数字多用途光盘播放器，就是我们常说的DVD碟机。

年，法国神经外科学家使用广导纤维激光和微创手术技术治疗了脑瘤。

年，美国国家核安全管理局（NNSA）表示，通过使用束激光来束缚核聚变的反应原料、氢的同位素氘（质量数2）和氚（质量数3），解决了核聚变的一个关键困难。

年，松下集团旗下的PanasonicPrecisionDevice公司开发出了输出功率为1W、体积为2cc的“绿色SHG激光器单元”。德克萨斯大学奥斯汀分校的物理学家与中国的同事们共同研究开发出了世界上最小的半导体激光器。美国加州大学圣地亚哥分校的研究人员制造出迄今最小的室温纳米激光器以及一台效率很高的无阈值激光器，能让所有光子都以激光形式进行发射，不浪费任何光子。