激光与微波激射尖端技术的问世、应用与发展

激光，是五、六十年代发展起来的一门尖端科学；激光器，是一种新颖光源，它的问世是近代光学和电子学发展的必然结果。
爱因斯坦在1917年就认为，电子从高能级向低能级跃迁释放光子的方式，除自发辐射外还有受激辐射，爱因斯坦这一理论为后来激光器的产生提供了理论依据。第二次世界大战结束前后，为产生波长短微波的相干电磁波振荡器，建立了微波波谱学这一学科领域。通过在这一领域的研究，人们懂得了当电磁波通过实现了粒子数反转的介质后，就可利用受激辐射现象使这束电磁波放大。
遵循这一放大原理，1953年12月美国物理学家查理斯·哈德·汤斯(1915—)与他的助手一道，研制了第一台微波激射放大(和振荡)实验装置，不久之后，汤斯和肖洛提出可在光频段实现类似机制，这就是激光，为激光器的问世准备了条件。汤斯于1939年在美国贝尔电话实验室作技术工作，1948年任哥伦比亚大学教授。3年后他产生微波激射的想法。因对量子电子学的研究和发明微波激射器，汤斯与苏联物理学家普罗霍罗夫和巴索夫共获1964年诺贝尔物理学奖金。
1960年7月，美国物理学家瑟多尔·哈德·梅曼(1927—)成功地研制出第一台红宝石激光器，输出波长为6943埃。梅曼1955年获斯坦福大学哲学博士后，在迈阿密的休斯实验室任职，对汤斯发展的微波激射器的设计作了很大改进，从而提高了固态微波激射器的实用性。自1960年研制第一台激光器两年后，他创立了从事激光器的研究、发展和制造的公司。
激光有两个特点：其一是光能高度集中，具有高亮度。光在发光面上集中，使侧面发出的光集中到一个端面上去，这样，单位面积发出的光能增强几十倍以上；光在方向上集中，光是四面八方发射的，如果把180°范围内发的光集中到0.18°内发射，光亮度会增加近百万倍，这种光的集中，也叫方向性好；光在时间上集中，激光器可以积蓄光能量，到一定程度突然爆发出来，可使光功率增加百万倍。在现有各类光源中，激光器的亮度最高。其二是激光的颜色纯，即单色性好。在激光前，最好的一种单色光源是氪灯，然而，激光的单色性比氪灯还要好上万倍，而且，光的强度比原有的单色光源强许多倍。
激光器的种类有如下几种：光抽运固体激光器、液体激光器、染料激光器、气体激光器、气体激光器、化学激光器和半导体激光器，都是在不同的物质中，设法造成原子高低能态分布的反转，而受激放大。
激光有连续的，有脉冲的；固体激光效率不高，脉冲激光功率达千瓦；液体激光不易因受热炸毁；染料激光易发生连续波，在宽频带内频率可调；气体激光可由气体放电激励；气动力激光，输出功率较高，可达数万瓦；化学激光由化学反应产生原子态分布反转；半导体激光较微型、廉价，由电流通过双极结激励，电光转换效率较高；使用Q开关，可产生强大激光短脉冲，用特殊晶体的非线性效应，可制出谐频激光；利用光栅和锁模技术，可使激光在一选定频率运转。
激光问世以后，因为有超高度的单色性、方向性、相干性和高功率，所以应用极广。
激光加工。由于激光具有能量高度集中这个特点，激光已广泛应用于微波打孔、切割和焊接等工业加工方面。激光打孔较之机械打孔有许多优越性：不怕硬，孔又小又好，可以打多种形状的孔、效率高，操作方便。激光焊接用于微电子器件、电真空器件、精密仪表等生产上。它的特点是焊接能力强，速度快，省料，还可以隔着玻璃焊。激光切割不但能用于微电子工业，而且能大规模地切割各种金属、陶瓷材料、木材和纸张等。
激光在精密计量上的应用。由于激光的单色性极好，因此它在精密计量方面有着广阔的应用前景，利用激光不仅可以精密测量长度、平面平度，而且可以精密测量速度和角速度。
激光准直。高亮度且单色的激光给光学准直仪提供了极好的光源。目前利用氦一氖激光器，可以获得一公里不差几个毫米的直线基准。
激光测距和激光雷达。高亮度的激光为光学测距仪开辟了光明的应用前景。在没有合作目标的情况下，地面工作的测距仪，其工作距离为10公里以上，测量误差不超过10米。在装有合作目标的条件下，利用激光可测量地球和月球之间的距离，误差不超过几米。而原来的光学测距仪是望尘莫及的。激光雷达与无线电雷达相比，激光雷达的分辨率很高，抗干扰性能好。但由于其光束很细，因此只适宜于精密跟踪，用于搜索比较困难，无线电雷达可以和激光雷达相互补充，可达到搜索与跟踪并重的作用。
激光通讯。由于激光通讯的保密性好，因此可以用作相距几公里的两海岛之间、海岛和海岸之间、两军舰之间、两山头之间的保密通讯。
在太空中，由于没有大气的衰减，因此用激光作为通讯工具比较理想。目前，人造卫星、宇宙飞船已成为科学的现实，用激光作为宇宙通讯的前途就更大了。
大屏幕激光彩色电视和全息立体电影。为了供给彩色激光电视机以电视信号，在电视摄象机中，用色散系统把光分成与3种激光波长相同的颜色，分别调制在载波上。电视接收器把3种信号分开，对应地调制3束激光。再经过合光系统合成一束光，送入垂直和水平偏转器，最后到屏幕上显象。全息照相是伴随着激光发展起来的一门新技术。全息照相技术不仅在立体电影方面有用，更主要的在科学研究和其他方面都很有用。
激光在医学上的应用。利用激光显微技术、激光全息技术、超短脉冲激光技术，可以更好地了解各种生化过程和生命过程，有利于病情诊断。激光理疗、激光针麻和激光手术等，解除了千百万病患者的疾苦。激光已成为外科大夫的新型手术刀，已能治疗100多种病。激光治疗心血管疾病取得重大发展。激光已能用于心脏外科手术和心血管成形手术。激光在医疗卫生领域的应用和发展，必将造福于人类。