梅曼的激光

科学需要深入了解的几个领域的创造力。只有这样你才能找到意想不到的连接之间不同的观察和开辟新的勘探领域。但相反的是真的吗?你能知道太多吗?多长时间有一个学生是成功的一个实验是“绑定”失败?马克斯·冯·劳厄表示惊讶,所以没有经验,劳伦斯布拉格已经解决了x射线衍射。同样的激光,共识部分被遮挡的最终成为一个主要的技术。

在1917年的一篇论文中,爱因斯坦发现光子只会被物质如果其能量匹配精确的能量吸收两个层次之间的差距。他还指出,能量分离两个层次决定了相反的过程有多快,发射,将发生。所以光学转换,水平相距数百千焦每摩尔,应该非常快。

但爱因斯坦做了另一个独特的预测:光子也可以发出如果兴奋系统与第二个光子的精确能量产生的过渡。这是刺激,而不是自发的,发射。然而,这似乎不仅仅是不可测试,但也反常:有足够的原子激发态观察这将直接与玻尔兹曼分布的能量,而具有讽刺意味的是,爱因斯坦的支撑自己1905年证明了原子的存在。爱因斯坦的论文拖了几十年,如果不读,那么误解。

在1920年代,鲁道夫·拉登堡的吸收和发射的详细研究气体放电使他观察他所谓的“负吸收”(增强发射)当激发光的能量密切匹配的过渡。但拉登堡,和其他类似的观察,也深深地沉浸在玻耳兹曼的热平衡的想法做任何他们的观察。

Valentin Fabrikant被认为是第一个承认强制系统从热平衡填充激发态粒子数反转,受激发射控制提供条件。在他1940年的博士论文,Fabrikant暗示这可能在气体放电,但论文很快就被遗忘了。

第二次世界大战之后,廉价盈余雷达设备的可用性让物理学家们探索微波的吸收分子在气相。美国哥伦比亚大学,那么世界上领先的物理系,查尔斯·汤斯开始玩弄改变分子的能量分布,建立在该机构的分子束工作,已经导致了核磁共振的发现。

一束兴奋氨分子送入一个腔(在特定过渡共振频率的氨气),发射的辐射,从本质上说,被困和刺激发射从新鲜分子进入空腔,导致了一个积极的反馈。结果是惊人的制服,狭窄的微波辐射,它们被称为微波激射器(微波辐射的受激发射来放大)。

在俄罗斯,Nikolay Basov和亚历山大•普罗霍罗夫到达相同的结果。

但如果增强可能是通过微波,可能有一个光学等效吗?“捕获”更短的波长谐振腔是不切实际的,但前博士后,阿瑟·Schawlow汤斯写了一篇论文提出,这可能是通过使用一个法布里-珀罗干涉仪——两个平行的反射镜之间来回反射激光,开车排放。

他们的论文引发了疯狂的研究,在1959年的一次会议上吸引了所有的球员。很多方法,主要涉及气体和金属蒸气,被挑选。但是ruby -铬原子嵌入在一个氧化铝矩阵吸引了西奥多·休斯飞机公司梅曼的注意。虽然被Schawlow等理论依据,梅曼认为它可能工作如果他足够明亮的光。

通过目录他发现螺旋氙气闪光灯灯拖网捕鱼。镀银后红宝石棒的两端,一端离开一个小洞,梅曼闪光棒,看到大幅减少光学吸收、摄动人口的一个不言而喻的迹象。想到他将在螺旋杆的闪光灯将使照明更加激烈。1960年5月16日,他们观察到的第一个深红色激光闪光。在迷乱的激情他提交了一篇论文物理评论快报。编辑塞缪尔Goudschmid著名的看了一眼标题“红宝石激光器行动”,并拒绝了更多同样的从一个夸张的和拥挤的领域。缩短注意立即就接受了自然。

在数周内几组重复工作,和激光的行为很快就会从固体,气体扩散和金属蒸气,离子和染料和最终半导体。Schawlow开玩笑说,任何将发出激光如果你击中它够难的。和激光本身会腐蚀成为集体想象力。但激光的曲折的故事是多么难的另一个提醒可以突破固有的思维模式。有时候,只是有时候,离开了智慧可以让你看到光明。

安德里亚·萨拉(@Sellathechemist)化学教授伦敦大学学院、英国

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