§12.10 激光技术的发展

以红宝石激光器为代表的固体激光器和以氦氖激光器为代表的气体激光器相继问世，引起了全世界科技界研究激光的热潮。人们认识到这是一块大有可为的新领域，在理论上和技术上又都已有相当充分的准备，于是就在六十年代初期展开了百花争艳的局面。

首先是对激光工作介质进行了普查。各种状态下近百种物质上千条谱线得到了研究。许多学科，例如：放电物理学、等离子体物理学、固体物理学、气体动力学、化学动力学等等和激光科学结合，纷纷取得成果，新的激光器陆续问世。下面略举几例：

1.1961 年钕(Nd)激光器的出现引人注目。首先由贝尔实验室的约翰森(L.F.Johnson)和纳桑(K.Nassan)做成的钕激光器是以钨酸钙作为基质，发出 1.06 微米的红外线。钕属于四能级系统，是一种很有效的固体

激光材料，可以在室温下发出连续激光。同年 11 月，斯尼泽(E.Snitzer) 发展钕玻璃激光器，可得大功率脉冲，后来在激光核聚变得到应用；1964 年4 月贝尔实验室的范尤特(L.G.vanUitert)制成掺钕钇铝石榴石激光器(Nd3+∶YAG)。这种固体激光器阈值低，增益大，后来在科学技术上取得了广泛应用。

与此同时，气体激光器也有长足的发展。特性普查的结果，使氩、氪、氙等惰性气体和某些金属蒸气激光器陆续出现。贝尔实验室在 1963

年推出汞离子激光器；同年，来自印度的佩特尔(C.K.N.Patel)研制成功大功率的二氧化碳(CO2)激光器。贝尔实验室在激光器的发展和应用上独

占鳖头。

五十年代半导体物理学的研究在全世界范围里形成热潮，自然会有人想到用半导体产生微波激射和激光的可能性。例如纽曼(J.v.Neumann)在 1953 年就写下了用半导体产生受激辐射使光放大的想

法。不过，直到 1959 年他去世时才公布于众。1957 年 4 月有两位日本研究人员为“半导体脉塞”向日本政府提出专利申请，1960 年获得批准。苏联的巴索夫小组则对半导体作为激射器，从机理上进行了透彻的理论

研究，提出了许多新建议。1961 年，他们建议应用高度掺杂简并(dopeddegenarate)半导体的 p−n 结，这一方法后来证明是成功的。法国的伯纳德(M.G.A.Bernard)等人对半导体中的受激辐射过程也作了详尽分析。

与此同时，实验也在积极进行。1962 年苏联有一小组报导在 77K 温度及大电流密度下观察到 GaAs 二极管的谱线变窄。美国麻省理工学院的开斯(R.T.Keyes)与林肯实验室的奎斯特(T.M.Quist)1962 年 6 月报告说 GaAs 二极管的量子效率达 85%。同年 7 月，在国际固体器件研究会议上展开了热烈的交流和讨论，促使半导体激光器的竞赛白热化。9 月，美国的通用电气公司(GE)的 RDL 实验室宣布做成二极管激光器。不出数日， IBM 公司的纳什(Nathan)小组也做成功。10 月，又有两个单位也做出样品。他们四家的半导体激光器非常相似，都需要脉冲大电流和液氮低温条件(77K)，离实用还有相当距离。到 1970 年，又是贝尔实验室首先做出了异质结半导体激光器，可以在室温下工作。

化学激光器和染料激光器。1960 年梅曼的第一支激光器诞生后，即有人建议从化学反应获得能量，以产生激光。许多人在这方面进行研究。1965 年美国加州贝克利分校的卡斯帕(J.V.V.Kasper)等人演示了第一支化学激光器——HCl 激光器，辐射出 3.7 微米的红外激光。

人们对连续可调的激光器有特别兴趣，因为这种激光器有广泛用途，于是染料激光器应运而生。在 1961 年就有人建议用有机染料作为工

作介质，但由于通用电气公司试验失败，使许多人没有信心。直到 1966 年索洛金和他的小组才获得成功。

当时，索洛金是用有机染料作为红宝石激光器的 Q 开关，由此他对染料的光谱特性发生了兴趣。他首先观察到，当红宝石激光器的脉冲光照到溶于酒精的氯化铝酞花青染料时，染料发生了强烈的脉冲辐射，当他们把镜面布置在染料的两侧，想用照相底片记录红外辐射时，染料中红外辐射是如此的强烈，以至于竟把底片上乳胶烧了一个洞。不久西德普朗克研究所的科学家也独立地观察到这一现象。

1967 年可见光的染料激光器问世，随即出现了可调式染料激光器。首先作出可调式染料激光器的是休斯实验室的索佛尔(B.H.Soffer)和麦克发兰(B.B.McFarland)。他们把两面反射镜中的一面换成可以转向的衍射光栅。他们证明染料的自然宽带辐射可以变窄，并在很宽的光谱内调谐。后来又几经改进，染料激光器终于从脉冲型转变为连续型，从而在实验研究，特别是高精度的光谱实验方面得到了广泛应用。

此外，尚有自由电子激光器、准分子激光器、离子激光器等等。这些激光器各有特点，它们象雨后春笋一般地涌现出来，以适应科学技术各方面发展的需要。