第一章 激光之源一 激光之父

爱因斯坦（1879—1955 年）的相对论使人们改变了对整个世界的看法。简单讲来，相对论认为，字宙的最高速度的光速；质量随速度增加；坐钟在空间转动的速率随速度的加快而减少；能量和质量遵从下述关系：能量=质量

×光速 2。这从后来原子裂变的过程中得到证实。

然而，激光与爱因斯坦之间的关系如何？并不是每一个人都很了解的。关于微波激射器与激光器的基础理论，早在 1917 年，爱因斯坦就对物质

的发光机制作了深入研究，在研究原子系统与辐射场相互作用的微观过程时，提出了受激发射的概念。受激发射是微波激射器和激光器得以发明的理论依据，为 40 年后的“光源革命”开了先河。

爱因斯坦受激发射理论的基本内容是，假设某微观粒子（原子、分子或离子）有两个分立能级，高能级能量为 E2，代能级能量为 E1，能级上的粒子数密度分别为 N2 或 N1，考虑到粒子与电磁场相互作用时，爱因斯坦指出，存在三种类型能级跃迁：a）自发发射。处于高能级上粒子在不受外界电磁场作用下，自发地跃迁到低能级并发射能量为 hv=E2-E1 的光子；b）受激吸收。如果频率为 v=（E2-E1）/h 的电磁波与处在 E1 上的粒子相互作用，则粒子可吸收入射电磁波而跃迁到高能级 E2 上；c）受激发射。如果频率为 V 的电磁波与处于高能级 E2 上的粒子相互作用，粒子将从高能级跃迁到低能级 E1 上而发射一个与入射电磁波频率相同的光子。受激发射的光子与入射电磁波具有相同的频率、位相、偏振和传播方向，它们是相干的。爱因斯坦又指出，受激发射和受激吸收过程是同时存在的，并且跃迁几率相等。按照玻耳兹曼分布规律，在热平衡条件下，处于低能级上的粒子数 N1 多于高能级上的粒子数N2，这时受激吸收总是大于受激发射，所以通常只能观察到受激吸收而观察不到受激发射现象。由于那时的客观条件限制，人们还看不到受激发射理论在实践中的应用，爱因斯坦的这一颇具建树的首创性激光理论，未能引起人们重视。

后来的实践证明，爱因斯坦提出的激光理论具有划时代的先驱业绩，因

而功不可灭。爱因斯坦被人们誉为“激光之父”，乃当之无愧，受之有理！