是谁发明了最强的激光：从此有了光
是谁发明了最强的激光：从此有了光马克思 普朗克如果不了解光是电磁辐射的一种形式，也不可能开发出激光。马克斯·普朗克（Max Planck）因发现基本能量量子而于1918年获得诺贝尔物理学奖。普朗克从事热力学研究，试图解释为什么“黑体”辐射（吸收所有波长的光）在加热时没有平等地辐射所有频率的光。之后，太多科学家与Maiman并驾齐驱（包括Schawlow），为激光技术做出自己的开创性贡献。不久之后，这种所谓的新颖的技术很快就成为外科手术、工业加工中必不可少的工具。到1964年，激光的地位在公众眼中已经非常高了（詹姆斯·邦德电影《金手指》中，反派扬言使用激光将邦德切开）。自从发明以来，随着新的设计和新的波长，打开了越来越广泛的应用领域，激光器技术已经越来越强大，在我们身边随处可见。（一）理论源头
1959年10月，一个不为人所知的32岁的物理学家西奥多·泰德·迈曼（Theodore “Ted” Maiman）用粉红色的红宝石晶体制造出被称为“光学激射器”的物体 （Opticalmaser，Microwave Amplification by Stimulated Emission ofRadiation）。
Theodore H. Maiman 西奥多·H·迈曼
开始该项目并不是最顺利，一位更为杰出的科学家Art Schawlow宣布不可能实现激光效果。1960年5月16日，迈曼证明他错了。他和助手Irnee d'Haenens观察到，一旦闪光灯上的闪光灯电压超过一定水平，红宝石的荧光寿命就会大大降低（从设备的光谱输出中看出）。这种变化预示着受激发射的开始，其中来自闪光灯的入射光子使红宝石中的激发电子下降到较低的能级，并在此过程中以与入射波相同的能量发射光子。随之而来的是激光（LASER Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）- 通过受激辐射的发射而放大的光-诞生了。
LASER原理
之后，太多科学家与Maiman并驾齐驱（包括Schawlow），为激光技术做出自己的开创性贡献。不久之后，这种所谓的新颖的技术很快就成为外科手术、工业加工中必不可少的工具。到1964年，激光的地位在公众眼中已经非常高了（詹姆斯·邦德电影《金手指》中，反派扬言使用激光将邦德切开）。
自从发明以来，随着新的设计和新的波长，打开了越来越广泛的应用领域，激光器技术已经越来越强大，在我们身边随处可见。
（一）理论源头
如果不了解光是电磁辐射的一种形式，也不可能开发出激光。马克斯·普朗克（Max Planck）因发现基本能量量子而于1918年获得诺贝尔物理学奖。普朗克从事热力学研究，试图解释为什么“黑体”辐射（吸收所有波长的光）在加热时没有平等地辐射所有频率的光。
马克思 普朗克
普朗克在1900年出版的最重要的著作中，推论了能量与辐射频率之间的关系，能量只能在离散的“块”（chunk）中被发射或吸收，他称之为量子（quanta），即使这些块很小。他的理论激发了诸如爱因斯坦（Albert Einstein）这样的新兴物理学家。1905年，爱因斯坦发表了有关光电效应的论文，该论文提出光也以块状传递能量，在这种情况下，离散的粒子现在称为光子（photons）。
爱因斯坦
1917年，爱因斯坦提出了受激发射，使激光成为可能。除了自发吸收和发射光以外，还可以激发电子以发射特定波长的光。但是，为了证明爱因斯坦的正确，并使激光成为当今无处不在的工具，科学家又经历了40年时间的研究。
（二）激光的应用
在过去的十年中，激光的功率越来越大，价格越来越便宜。激光技术的扩展方式是（1）多个波长范围，（2）各类型材料选择，并且已进入日常生活了。2018年底，激光市场超过129亿美元（Markets and Markets 2018年12月）。
装有激光雷达和其他导航传感器的自动驾驶汽车（由Waymo提供）。
这梦幻般的光线已经成为许多行业必不可少的工具。Gartner分析公司的数据显示，光刻技术在半导体制造中起着核心作用，2018年的收入总额为4 770亿美元。基于激光雷达系统的安全自动驾驶汽车，今天的市场可能并不大，但联合市场研究公司（AMR）的预测说，到2026年，该市场的规模可能达到5500亿美元。AMR称2023年，医疗激光市场（固态激光器、气体激光器和半导体激光器）将在120到130亿美元之间，主要用于流行医学应用包括心血管，皮肤病学和与眼睛有关的治疗。网络巨头思科公司预测，到2022年，光联网、数据中心和长距离传输使用的光纤市场每年依然有平均26%的增长量。
半导体光刻是制造过程中的核心步骤，如载物台上半导体晶片的EUV光刻的曝光和印刷效果图所示（ASML提供）。
（三）激光发展的历史
1960年5月16日：加利福尼亚州马里布休斯研究实验室的物理学家西奥多·H·迈曼（Theodore H. Maiman）用直径1厘米，长度2厘米的合成红宝石圆柱体制造了第一台激光器。圆柱体两端镀银，具有反射性，用作Fabry-Perot谐振器。Maiman使用照相闪光灯作为激光的泵浦光源。
Theodore H. Maiman西奥多·H·迈曼（HRLLaboratories LLC）
1960年12月：贝尔实验室（Bell Labs）的Ali Javan，William Bennett Jr.和Donald Herriott开发了氦氖（HeNe）激光器，这是第一个产生1.15μm连续光束的激光器。
1962年6月：贝尔实验室报告了第一台钇铝石榴石（YAG）晶体激光器。
1963年：美国加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校的赫伯特·克鲁默（Herbert Kroemer）和俄罗斯圣彼得堡艾菲夫物理技术研究所的鲁道夫·卡扎里诺夫（Rudolf Kazarinov）分别提出了制造半导体激光器的想法。这项工作赢得了2000年诺贝尔物理学奖。
1964年：二氧化碳激光由贝尔实验室的Kumar Patel发明。是当时功能最强大的连续操作激光器，如今已还在全球范围内用作手术和工业中的切割工具。
1964年：Nd：YAG（掺钕YAG）激光由贝尔实验室的约瑟夫E.盖西奇（Joseph E. Geusic）发明。后来，是美容应用的理想选择，例如激光辅助原位角膜磨镶术（lasik）视力矫正和皮肤修复。
高锟
1966年：高锟（Charles K. Kao）与英国标准电信实验室George Hockham合作，实现低衰耗光纤技术的突破。他确定使用高纯玻璃纤维可以实现100 km距离内的传输光信号。高锟的工作获得了2009年诺贝尔物理学奖。
1977年：光纤通讯第一个商业安装案例：贝尔实验室在芝加哥实现地下光纤通信系统。
1978年：LaserDisc进入家庭视频市场，最早的播放器使用HeNe激光管读取媒体，而后来的播放器使用IR激光二极管。
镭射光盘
1981年：Schawlow和Bloembergen因其对激光光谱学发展的贡献而获得诺贝尔物理学奖。
朱棣文
1985年：贝尔实验室的朱棣文（美国能源部长，2009-13年）使用激光来减慢和操纵原子。他们的激光冷却技术用于原子行为的研究。朱棣文，Claude N.Cohen-Tannoudji和William D.Phillips的这项工作在1997年获得了诺贝尔奖。
David Payne
1987年：英国南安普敦大学的David Payne开发出掺稀土光纤放大器。这种光放大器无需先将光信号转换为电信号然后再转换为光，降低了长距离光纤系统的成本。
2009年9月英特尔宣布其LightPeak光纤技术，激光器进入家用PC。Light Peak包含垂直腔表面发射激光器（VCSEL），每秒可以发送和接收100亿位数据（这意味着它可以在17分钟内传输整个国会图书馆）。
Remote laser cutting. (Fraunhofer ILT)激光切割
2016半导体光刻工具制造商ASML宣布EUV（极紫外）光刻技术终于准备就绪。通过激光产生的等离子体方法，红外二氧化碳激光器向熔化的锡的微小液滴发射集中脉冲。过滤出最终的发射脉冲后，结果是一个13.5 nm或EUV的光脉冲。该技术及其产生的波长比半导体生产中使用的193 nm深紫外激光器短得多，是半导体制造领域持续发展的关键。
EUV扫描仪的完整光路，该扫描仪使用波长为13.5 nm的光进行半导体光刻（图片由ASML提供）
2017坚固耐用的光纤激光器已经变得越来越强大，洛克希德·马丁公司为美国军方开发的武器。在三月份的测试中，该系统产生了58 kW的光束，这是此类激光器的世界纪录。在2015年的测试中，这种强度的一半的激光使一英里外的卡车瘫痪。根据已发表的报告，通过合并多束光束并在衍射极限附近工作，激光达到60 kW的阈值。据说激光系统是高效的，可以将超过43％的电能转化为光。
战术车辆安装了千瓦级激光武器系统（图片由洛克希德·马丁公司提供）
2018年7月，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore NationalLaboratory）的国家点火装置激光系统创造了新纪录：2.15兆焦耳。 这比2012年3月创下的纪录高出10％以上。
国家点火装置的192激光系统创造了纪录：2.15 MJ（图片由劳伦斯·利弗莫尔国家实验室提供）
激光技术拥有非常开放市场，研发和应用都很活跃。经过60年的发展，与激光相关的产品、技术和服务形成了丰富和庞大的产业。上游：光学材料及元器件；中游：各种激光器及其配套装置与设备；下游：激光应用产品、激光制造装备、消费产品、仪器设备。
激光产业为中国制造、物联网、智能制造的发展发挥了重要的作用。
