晶體管的發明是第二次世界大戰後最激動人心的科技產品，極大地推動了20世紀下半葉人類社會的發展和物質文明的進步。然而，巧合的是，在這個時期，誕生了另壹項重要的科技發明，那就是微波激射器和激光器。在微波激射器和激光的發明中，運用了20世紀量子理論、無線電電子學、微波光譜學和固體物理學的豐富成果，也凝聚了壹大批物理學家的心血。這些物理學家中有許多在貝爾實驗室工作，其中最傑出的是美國物理學家C.H .湯斯
唐斯，美國南卡羅來納州人，1939在加州理工學院獲得博士學位後進入貝爾實驗室。二戰期間從事雷達工作。他很喜歡理論物理，但軍方需要強迫他參與實驗工作，讓他逐漸熟悉微波等技術。當時人們試圖通過提高雷達的工作頻率來提高測量精度。美國空軍要求他的貝爾實驗室開發壹種頻率為24000兆赫的雷達，實驗室把這項任務交給了唐斯。
唐斯對這項工作有自己的看法。他認為這麽高的頻率不適合雷達，因為他觀察到的這個頻率的輻射很容易被大氣中的水汽吸收，所以雷達信號無法在太空中傳播，但美國空軍當局堅持讓他去做。結果，這個儀器被制造出來了，它沒有任何軍事價值，卻成了唐斯手中極為有利的實驗裝置，達到了當時從未有過的高頻率和高分辨率。唐斯對微波光譜學產生了興趣，並成為這壹領域的專家。他利用這個設備積極研究微波與分子的相互作用，取得了壹些成果。
1948年，唐斯遇到了拉比，壹位哥倫比亞大學的教授。拉比建議他去哥倫比亞大學。這正是唐斯想要的，於是他進入了哥倫比亞大學物理系。他從1950開始就是那裏的正教授。雷達技術涉及微波的發射和接收，微波是指頻譜介於紅外和無線電波之間的電磁波。在哥倫比亞大學，唐斯繼續孜孜不倦地致力於微波和分子相互作用這壹重要課題。
唐斯渴望壹種能產生高強度微波的裝置。普通設備只能產生長波無線電波。如果我們打算用這種裝置來產生微波，裝置結構的尺寸必須非常小，因此實際上不可能實現。
1951年的壹天早上，唐斯坐在華盛頓市壹個公園的長椅上，等待餐廳開門吃早餐。然後他突然想到，如果用分子代替電子電路，不就可以得到波長足夠小的無線電波了嗎？分子有各種形式的振動，其中壹些就和微波波段的輻射壹樣。問題是如何將這些振動轉化為輻射。就氨分子而言，在適當的條件下，每秒振動2.4×1010次，因此有可能發射波長為114 cm的微波。
他設想可以通過熱或電的方法將能量送入氨分子中，使氨分子處於“激發”狀態。然後，想象這些被激發的分子處在壹個微波束中，和氨分子的固有頻率壹樣。在這種微波束的作用下，氨分子以相同波長的微波形式釋放能量，反過來作用於另壹個氨分子，使其也釋放能量。這種非常微弱的入射微波束相當於觸發了雪崩，最後會產生非常強的微波束。這樣，就有可能放大微波束。
唐斯在公園的長椅上思考這壹切，並在壹個用過的信封背面記錄了壹些要點。湯斯的團隊經過兩年的實驗，花費了近3萬美元。1953年的壹天，唐斯正在參加壹個關於光譜學的會議。他的助手戈登急不可耐地沖進會議室，喊道:“起作用了。”這是第壹個微波激射器。唐斯和大家壹起討論，給這種方法起了個名字，英文叫“輻射受激發射的微波放大”，簡稱MASER。
微波激射器有許多有趣的用途。氨分子的振動是穩定而精確的，其穩定而精確的微波頻率可以用來測量時間。這樣看來，微波激射器實際上就是壹個“原子鐘”，其精度遠遠高於以往所有的機械計時器。
1957年，唐斯開始思考設計壹種能產生紅外線或可見光而不是微波的脈澤的可能性。他和他的妹夫A.L.Schawlow在1958發表了這方面的論文。論文的題目是“紅外區與光學脈澤”，主要論證了將脈澤技術擴展到紅外區和可見光區的可能性。
羅曉1921出生於美國紐約州。從多倫多大學畢業後，他獲得了碩士和博士學位。第二次世界大戰後，羅曉在拉比的建議下，在唐斯手下做博士後，研究微波光譜學在有機化學中的應用。他們兩人寫了壹本名為《微波光譜學從65438到0955》的書，是這方面的權威著作。當時，肖洛是貝爾實驗室的研究員，唐斯是那裏的顧問。
1957年，當羅曉開始考慮如何制造紅外線微波激射器時，唐斯來到貝爾實驗室。壹天，當他們在吃午飯時，唐斯談到了他對紅外和可見光激射器的興趣。有沒有可能穿越遠紅外，直接進入近紅外或者可見光區域？近紅外區相對容易實現，因為當時已經掌握了很多材料的特性。Sholo說他也在研究這個問題，並建議法布裏-珀羅標準具作為諧振腔。兩人談得很投機，相約* * *壹起研究。唐斯把他關於光學脈塞的筆記交給了羅曉，其中包含了壹些想法和初步計算。羅曉和唐斯的論文於1958年2月發表在《物理評論》上後，引起了強烈反響。這是激光發展史上壹份重要的歷史文獻。因此，托馬斯以1964獲得了諾貝爾物理學獎，羅曉也以1981獲得了諾貝爾物理學獎。
在Sholo和Towns理論的指導下，許多實驗室開始研究如何實現光學脈塞，並致力於尋找合適的材料和方法。他們的想法啟發了T.Maiman制造出第壹臺激光器。
梅曼使用紅寶石棒來產生間歇性的紅色脈沖。這種光是相幹的，傳播時不會擴散，幾乎永遠保持為窄光束。這樣的光束即使射到32萬公裏外的月球上，光斑也只會延伸到兩三公裏的範圍。它的能量消耗很小，所以人們很自然地想到向月球表面發射光脈沖光束來繪制月球的地形圖。這種方法遠比以前的望遠鏡有效。
大量的能量集中在壹個非常窄的光束中，這樣它也可以用於醫學(例如，在壹些眼科手術中)和化學分析，它可以蒸發物體的壹個小點，從而進行光譜研究。
這種光比過去產生的任何光都要單色。光束中的所有光都具有相同的波長，這意味著這種光束經過調制後可以用來傳輸信息，這與普通無線電通信中的調制無線電載波幾乎完全相同。因為光的頻率高，所以它的信息容量比給定頻段內頻率更低的無線電波要大得多，這就是利用光作為載體的優勢。
可見微波激射器是大家熟悉的激光器，激光器的英文名也可以音譯為laser，是“輻射受激發射光放大”的縮寫。
邁曼是美國休斯研究實驗室量子電子部門的年輕主任。1955獲得斯坦福大學博士學位。他研究微波光譜學，在休斯實驗室研究微波激射器，研制出紅寶石微波激射器，但需要液氮冷卻，後來改用幹冰冷卻。麥曼率先在紅寶石激光器上取得突破絕非偶然，因為他有多年用紅寶石做激射器的經驗，他預見到了用紅寶石做激光器的可能性。這種材料具有很多優點，如能級結構簡單、機械強度高、體積小、不需要低溫冷卻等。不過當時他從文獻上知道紅寶石的量子效率很低，如果是這樣的話也沒什麽用。麥曼又找了其他材料，都不理想，就想根據紅寶石的特性找類似的材料代替。為此，他測量了紅寶石的熒光效率。出乎意料的是，熒光效率為75%，接近1。梅曼喜出望外，決定用紅寶石作為激光元件。
通過計算，他意識到最重要的是要有壹個高色溫(約5 000 K)的強光源。起初，他想象著把紅寶石棒放在壹個帶水銀燈的橢圓形圓筒裏，這樣就有可能啟動它。然而，轉念壹想，他決定使用氙(Xe)燈，而不是連續操作。麥曼查詢了目錄，根據產品的技術指標選擇了通用電氣公司生產的閃光燈。用於航拍，有足夠的亮度，但這種燈是螺旋結構，不適合橢圓柱聚光器。他想到了另壹個巧妙的方法，將紅寶石棒插入螺旋燈管。紅寶石棒直徑約1 cm，長2 cm，剛好放入燈管內。紅寶石兩端蒸鍍銀膜，銀膜中間留壹個小孔讓光線逸出。光圈的大小由實驗決定。
就這樣，經過9個月的奮鬥，麥曼花了5萬美元做出了第壹臺激光器。然而，當麥曼將他的論文提交給《物理評論快報》時，被拒絕了。這本雜誌的主編誤以為這還是玉米，沒必要再以快遞的形式發表了。麥曼不得不在《紐約時報》上宣布這壹消息，並寄給英國《自然》雜誌發表。
梅曼發明紅寶石激光器的消息立即傳遍了全世界。於是氦氖激光誕生了。
He-Ne激光器是這三四十年來廣泛使用的壹種激光器。它是壹種以氣體為工作介質的激光器，出現在固體激光器旁邊。它的誕生首先應歸功於多年來測試和分析氣體能級的實驗以及從事這項研究的理論工作者。到20世紀60年代，光譜學家已經對所有這些稀有氣體進行了詳細的研究。
但氦氖激光要應用到激光領域，需要這方面的專家進行有目的的探索。是托馬斯的學校再次啟動了這項事業。他的另壹個研究生，來自伊朗的Javan，有自己的想法。賈萬的基本思路是利用氣體放電實現粒子數的反演。
佳萬第壹次選擇氦氣和氖氣作為工作介質，是壹個非常成功的選擇。初始激光束是紅外光譜1.1.5微米。氖有很多譜線，後來常用6 328埃。為什麽嘉萬選擇65 438+0.65 438+0.5微米而不是6 328埃？這也是賈的傑作。根據計算，他了解到6 328 A的增益比較低，所以他寧願選擇更有把握的1.15微米。如果妳壹上來就走6328埃的紅線，妳肯定會失敗。
賈萬和他的合作者把有13層蒸發介質膜的平透鏡放在壹個直徑為1.5cm，長80cm的石英管兩端，放在壹個放電管裏，用射頻激勵。調整兩個平面鏡的方位花了六到八個月的時間。1960 65438+2月12終於拿到了紅外輻射。
1962年，賈萬的同事懷特和裏基得到了6 328埃的激光束。這時，激光的調整已經積累了豐富的經驗。裏格羅德和其他人改進了氦氖激光器。他們把反射器從放電管內部移到外部，避免了復雜的過程。根據布儒斯特角固定窗口，然後把反射鏡做成等半徑的焦凹面鏡。
氦氖激光器至今仍在使用。在各種激光器中，氦氖激光器可能是最受歡迎和應用最廣泛的壹種。繼紅寶石激光器和氦氖激光器之後，效率更高、功率更大的二氧化氮激光器和耐用、靈巧、方便的半導體激光器接踵而至，如雨後春筍般湧現，成為現代高技術的重要組成部分。