激光的英文“Laser”在我国曾被翻译成“莱塞”“光激射器”“光受激辐射放大器”等。1964年10月,物理学家钱学森建议称之为“激光”,既反映了“受激辐射”的科学内涵,又表明它是一种很强烈的新光源,得到我国科学界的一致认同并沿用至今。
1960年,西奥多·梅曼在加利福尼亚州马里布的休斯研究实验室设计和建造了一台小型的激光发生器。将闪光灯线圈缠绕在指尖大小的红宝石棒上,产生了条激光,从此开启了激光时代。
“超能”的激光
激光的诞生意味着光学科学的一场革命,激光在很大范围内改变了可用的物理量。“普通光源是光的自发辐射,在向四面八方辐射时,光线分散到4π球面度的立体角内。”科学院光电研究院副研究员王斌告诉《科学报》记者,其特点是多波长、任意方向和不相干。
而激光是光的受激辐射,其单色性、方向性和相干性都较普通光源好,亮度也高,基本沿某一条直线传播,通常发散角限制在10-6球面度量级的立体角内。
据王斌介绍,激光器发出的激光发射角很小,接近于一毫弧度,只有一般探照灯发射角的一百万分之一。即使将其发射到几千米以外,光束的直径也不过增加几厘米。因此输出的能量集中在很小的范围里。
除此之外,激光还具有很好的单色性,是普通光源完全达不到的。在激光出现之前,以同位素86Kr灯的单色性,谱线宽度为10~4nm的量级,而普通的氦氖激光器所输出的红色激光(632.8nm)的谱线宽度达到10~8nm的数量级。现代技术的应用可以使谱线宽度缩到更小的范围。
能量密度方面,激光的亮度是普通光源的上百万倍。与太阳光比,一支功率仅为1毫瓦的氦氖激光器的亮度比太阳光强100倍;而一台巨型脉冲固体激光器的亮度可比太阳亮度高100亿倍。