激光的世界发展史与激光在中国的发展介绍

激光的世界发展史

美国人查尔斯·哈德·汤斯(Charles Hard Townes)从受激辐射的原理到一个可见的激光设备迈出了第一步。1953年,他发明了第一个微波放大器。微波是波长比可见光大得多的电磁波。它们的波长以厘米计量。微波放大器用在电波望远镜中,它们把望远镜从外太空接到的弱信号进行放大,从而使得人类可以瞭望银河系的中心。第一个运转的微波放大器使得激光的出现变得容易。1958年,同亚瑟•莱昂纳德•肖洛(Arthur Leonard Schawlow)一起,汤斯描述了激光可能工作和在实际应用的方式。1960年5月,第一台激光器在加利福尼亚的实验室问世。西奥多·梅曼(Theodore H. Maiman)和他的团队成功研制了世界上第一台激光器:红宝石激光器。这个激光器包含了一个人造红宝石晶体棒,它放置在一个螺旋闪光灯的里面。棒子的两端是镜片,其中一个镜片是部分透射镜片。闪光灯给棒子能量,红宝石的铬原子开始发出一束深红的光。最初辐射的光子激发了更多光子的辐射。通过一个级联效应,激光束形成了——比太阳表面还要明亮的光束。

 

激光在中国的发展

“激光”一词是“Laser”的意译。 Laser原是 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation取名字组合而成的专门名词,在中国曾被译为“镭射”、“光激射器”、“光受激辐射放大器”等。1964年,钱学森院士提议取名为“激光”,既反应了“受激辐射”的科学内涵,又表明它是一种很强烈的新光源,传神而简洁,从那时“激光”这个词被认同且沿用至今。

 

1957年,王大珩等在长春建立了中国第一所光学专业研究所——中国科学院(长春)光学精密仪器机械与物理研究所(简称“光机所”)。1961年夏,中国第一台红宝石激光器研制成功。此后短短几年内,各种类型的固体、气体、半导体和化学激光器相继研制成功。

 

尽管早在60年代已在加工、医疗器械和测距等方面出现了激光产业的雏形,然而当时只是零星的、分散的小量研制性生产,未能形成气候。在1978年改革开放以后,激光产业在中国真正得到重视并实质性起步。如今在武汉、上海、深圳等地激光技术的研发及应用已和国际领先水平接轨。而这几年在温州、鞍山等地也陆续建成了激光产业集群。1988年武汉成立了东湖新技术开发区,又称中国光谷。光谷的光电子信息产业已成为代表中国在这一领域参与全球竞争的知名品牌。在上海,很多前沿产业应用大展拳脚,如汽车行业的激光热成型切割就是非常典型的案例。广东,作为全球最大的电子生产基地,在那里激光的微加工技术、打标技术等在3C行业也得到了广泛应用。

 

激光领路

工业革命时期,水和蒸汽动力是当时的关键技术。20世纪,电子学是技术发展背后的驱动力。21世纪初期,工程师将光和激光作为执行不同任务的重要介质。并且专家已经称其为世纪之光。你所到的每一个地方,都会无意间发现使用激光的过程。仅在一辆汽车中,你就能找到大量用激光加工而成的部件:从激光焊接的车身到按钮和仪器上的打标文字和图形等等。通信技术中,激光器可以产生传播信息的光信号,没有激光器,世界各地的流动的大量的数据流几乎不可能。测量技术中,激光束为长距离和细微结构提供精确地数据。医学中,激光束实现以前不可想象的功能——例如,眼矫正手术和视网膜脱离修复。全息投影中,通过激光照射物体实现三维成像。在过去,这个看似奇异的发明,却已变成了用于各种各样应用的多功能工具。并且现在,激光产品全球市场份额价值已达到数十亿欧元。

 

激光工具

激光器最重要的应用领域之一是材料加工。切割、钻孔、烧蚀、结构化、沉积、连接和打标——激光器的发展可谓是大步流星,日趋成熟。