二、突破的前奏

激光是一种特殊的电磁波。激光的产生是 100 多年来科学家深入研究电现象、电磁现象和光现象的结晶。激光的直接创始人，可以追溯到当代伟大的科学家爱因斯坦。1879 年，爱因斯坦生于德国，他创建相对论，成为一个划时代的物理学家。爱因斯坦得过一次诺贝尔奖金。有趣的是，他得奖并不是由于举世闻名的相对论，而是因为他在 1905 年提出的光量子假说。根据这个假说：光是由许许多多光子组成的，不同颜色的光由不同能量的光子组成。爱因斯坦用这种假说解释光电效应获得了惊人的成功。1916 年，爱因斯坦在

《关于辐射的量子论》论文中提出原子中的电子可以受“激”，放出光子。这种受激辐射的过程就是产生激光的基本物理原理。

激光这个名词是从英文单词“Laser”翻译过来的。最初，根据它的英文发音，译成“莱塞”、“镭射”等，不明其理的人看了简直莫名其妙。后来， 有人根据它的意思，翻译成“受激辐射光”。显然，这个译名的含义清楚， 而且把它跟普通光的区别明确地表示了出来，但字数太多，读起来不方便。1965 年，我国一些著名科学家建议，把“受激辐射光”缩成“激光”两字， 这样就比较简明顺口了。

在激光出现以前，科学家在实验室里还研究过受激辐射微波。根据英文“Maser”音译为“曼塞”。受激辐射微波和激光产生的基本物理过程都是“受激辐射”，而且它们都属于电磁波家族，只是频率不一样。因为受激辐射微波先出世，所以可以说它是激光的哥哥。

这里，先要简单地介绍一下电磁波这一家子的情况，让大家认识认识它的成员。

上一世纪，许多物理学家致力于弄清楚电磁波的规律。在发现电磁波之前，英国物理学家麦克斯韦首先用严密的理论推断出电磁波的存在，并描绘了它的性质。一大堆符号和数字竟然能预言一种还没有发现的东西，立刻引起了种种议论，有人赞成、有人反对，也有人并不只是发表空论，而是踏踏实实地工作，想办法寻找产生电磁波的方法。德国物理学家赫兹就是这样的人，他最先找到产生电磁振荡的方法，发现了电磁波并从实验上研究了它的性质。为了纪念他，人们把频率的计量单位命名为“赫兹”。例如，某种电磁波每秒钟振荡 1000 次，就说它的频率是 1000 赫兹。

在研究电磁振荡和它传播出去产生的电磁波时，人们发现，电磁波在真空中的传播速度和光的速度完全一致。赫兹实验产生的电振荡的频率高达 5

×108 赫兹。或者说每秒钟振荡 500 兆次，这种电磁波的波长约 60 厘米；它的传播以及它在物体表面上的反射等现象和光也完全一致。因此，科学家们确信两者的性质是一样；光也是一种电磁波，区别只在于振荡频率，或者说波长不同。振荡频率在 109 赫兹以下的是无线电波，包括电视、广播所用的

各种频率的波 109—1011 赫兹的电磁波，波长从几毫米到几十厘米，称为微

波。频率再高，在 1013—1015 赫兹左右的是红外线与可见光。频率更高的紫外线，X 射线，γ射线也都是电磁波大家族的成员。

认识了电磁波一家的成员，曼塞或者说受激辐射微波和激光的兄弟关系

是确实无疑的。曼塞的用途不如激光多，名气也没有激光大，它们产生的原理却一样，都是原子、分子内部的电子受“激”产生的。

在受激辐射过程中，分子和原子群中处在高能量状态的一部分分子和原子，像游泳比赛中的运动员，一听到发令枪的枪声，就一齐起跳，形成步调一致的一群光子。所以，只要我们掌握了这把发令的“枪”就可以控制微观世界的原子和分子了。

可是，要找到这把“枪”不是轻易的事。原子和分子实在太小，1 亿个原子排成一直线只有 1 厘米长。原子中有原子核和电子，处于原子中心的原子核，它的直径只有原子的十万之一；绕原子核运动的电子则更小，至今还没有找到一种方法可以量出它的大小。这样小的东西，看不见，摸不到，如何控制呢？以一般人的常识，是无法理解的。确实，原子和分子的微观世界距离人们的日常生活经验太遥远，只有搞这项专业的科学家，通过复杂的数学运算以及借助于高级精密的观测仪器设备，才从理论上弄清楚了它的奥秘，为进一步利用它奠定了坚实的基础。从这一意义来说，理论上的突破往往比具体的发明更为重要。

经过长距离的科学“接力赛”，从理论到实践的突破来到了。第一个想到用爱因斯坦提出的受激辐射过程来产生电磁波——曼塞和莱塞的科学家是美国人汤斯。汤斯从理论上提出了这种产生微波和光振荡的新概念和新方法，并且设计出产生它的装置——微波激射器，也就解决了产生激光的关键问题。剩下的工作只是把这种新方法、新技术从微波区推广到光学区。所以， 他被称为微波激射器之父、激光技术的先驱，是当之无愧。