四 中国红宝石激光器

世界上第一台激光器研制成功不久，1961 年 9 月，我国第一台红宝石激光器也相继研制成功。

我国第一台红宝石激光器在长春研制成功的。当时，能够获取有关的激光器科技情报非常有限，为了我国经济建设与国防建设的需要，科技工作者们毅然决定依靠自己，自力更生，克服了重重困难，立即投入研制。我国科技工作者提出的新光源研制方案，是利用掺铬的红宝石作工作物质，用脉冲氙灯作泵浦源（激励源），两块互相平行的反光镜组成共振腔。这个方案， 与世界上第一台激光器是相类似的。我国自行设计的工作方案中，做泵浦源的氙灯不是螺旋状的，而是直管式的；作为工作物质的红宝石棒也不是像梅曼教授的那台红宝石激光器那样插在氙灯的螺旋圈内，而是把红宝石棒和氙灯置于一只球形聚光器的球心附近，这样便能通过聚光器的聚光作用，来提高氙灯泵浦红宝石受激发射的效率。

采用脉冲氙灯作泵浦源的依据是，根据理论计算，对泵浦源的要求为它照射到红宝石棒表面每平方厘米的光功率，至少要达到 15 万瓦，可一般的电

光源则无法达到这个要求。氙气是一种稀有的惰性气体，在每 100 升空气中

大约只有 0.0087 毫升的含量，而制作氙灯的氙气还必须达到极高的纯度，直接从市场购买的氙灯只在国外有售，而国内却是一个空白。经过上下各方的努力，很不容易才在上海一家灯泡厂找到所需的氙气。可放电管吹制出来后， 做好的灯管放不了两天，便出现炸裂。因为氙灯的电极用的是钨材料，放电管用的是石英玻璃，二者的膨胀系数不相匹配。试验中，发现派勒克斯玻璃倒是能与钨电极匹配，但它的机械强度却不如石英玻璃，灯管制成后，管内通过强大电流时，同样会发生炸裂。后来经过反复试验，制出一种新品种玻璃，这种玻璃的膨胀系数是渐变的，一头的膨胀系数与石英玻璃相同，另一头的膨胀系数与派勒克斯玻璃相接近，这既使灯管与钨电极相匹配，又有足够的机械强度。

在制作掺铬红宝石棒的工作中，同样也遇到不少难题。红宝石是一种晶体，它的化学成分为三氧化二铝（Al2O3），掺进一定浓度的三氧化二铬（Cr2O3）后，经精密光学加工，便成了新光源所需的工作物质。他本身要有极好的光学均匀性，在它的两个端面还要用光学研磨的方法磨成光学质量相当高的光学平面，表面的不平整程度要小于红宝石棒所发射的光波波长的 1/20，而且两个端面彼此平行的偏差度小于 5″，两个端面镀上银膜之后，一端的反射率要达到 99%以上，另一端要求透过率则为 2%—5%。这种高精度的晶体光学加工以及与之相应的检验技术，在我国尚属一个全新的课题。我们的科技工作者，夜以继日，通力合作，在无数次试验与探索中，硬是攻克了一道道难关。各种元件都已配备齐了，一台新的光源装置按照设计方案安装起来了， 万事齐备，只欠东风。

受激光射的光究竟是什么样子，人们心中无底，毕竟在此之前，谁也没有亲自见过啊！根据理论分析与计算，我国的这一台新光源装置所发射的光束呈鲜红色，光束发散角应当很小，集中在一个方向上。用一种叫做法布里

—珀罗干涉仪测量，光束应有极好的相干性，光谱线宽度较窄，光的方向性、相干性、谱线宽度等都应表现出阈值特性。给泵浦源（氙灯）加的电压只有达到某个数值后，光的方向性、相干性、谱线宽度等才能与理论分析相符合， 低于这个数值，光束的这些性质会很差，光辐射强度也会急剧下降。

可是，实验中人们所期待的那束呈鲜红色，并没有如期而至。把储能器

的电容增大了，加上氙灯的电压提高了，依然不见红光斑的出现。有人提出： 是不是红宝石掺入的铬离子浓度不够？于是，又准备了几根掺入 Rr2o3 浓度不同的红宝石棒，棒的端面也进行了十分精细的光学加工。终于，红光斑出现了！重复几次的出现红光斑，闪闪烁烁，格外娇艳。可好景不长，不久由干涉仪拍摄的干涉图片冲洗出来后，人们又一次陷入失望，这束红光并不是受激辐射所致。科技工作者怀着一线希望，认为也许这台新光源已调度到接近受激辐射的临界点了吧？加大氙灯的输入能量试试，又如何呢？氙灯的电压一次又一次提高，达到 1500 伏，随着氙灯的闪光，从红宝石棒的一端射出的一束鲜红的光束，在屏幕上投入一个圆圆的光斑。多次试验，结果一样。干涉仪测量结果显示出光束的发散角很小，全部光辐射的能量集中到了 0.01

孤度的圆锥角内，光束有很高的相干性，光谱线宽度在 0.01 纳米（1 纳米=10-9 米）以下。受激发射的光源，终于在中国大陆的科研实验室里闪烁着鲜红的光束！