忽如一夜春风来---诗说激光发明50年(1)



巨人牛顿创立了万有引力,创立了微积分,还创立了经典光学。牛顿光学独占鳌头三百年,直到波动光学问世,也不过和他平分秋色,各领风骚, 互为补充,相得益彰。直到激光问世,才给光学界带来了翻天覆地的变化。

自从1960年算起,一晃,激光已经诞生50年了。倘若今天没有激光,我们的生活里会少了许多东西。直接能和激光二字联系起来,人们脱口而出的东西就有,激光表演,激光打印机,激光导航,激光雷达,激光测距,激光手术刀,激光打孔切割,激光唱片,激光武器,而间接的和激光有着千丝万缕联系的东西,简直就是数不胜数。GPS, DVD,CD, iPOD, 全息照相,光通讯,手机,眼科治疗机,条形码,扫描仪,心脏导管支架,还有许许多多非专业人士所不知道的各行各业的产品,应用,。。。。激光的诞生,在某种程度上来说,是和晶体管的诞生有着同样重要的意义。

早在近100年前,爱因斯坦于1917年发表了光的受激辐射理论,从理论上阐述了产生激光的可能性。激光的英文全称是Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation.。翻成中文就是,受激辐射放大的光,取每个词的头一个字母,就成了LASER。台湾翻成镭射,出自音译。大陆翻成激光,出自意译。又如,Infrared, 一词,台湾翻作红内,大陆翻作红外,台湾又是出自音译,大陆则是站在可见光的区域里向长波短波两边看,故有红外,紫外之说。

另外一个美妙的翻译当属Chirp一词,英文里有百鸟争鸣的意思,在激光界里指波长的改变,而大陆给了一个文学色彩极浓的翻译,啁啾,表示激光波长的不稳定像叽叽喳喳的鸟叫一样。平心而论,还是大陆翻的更为信达雅。在科技界里,大陆确实有一些人在做着这项默默无闻的工作,许多科技界的外来术语,在确定它们的中文翻译时,是扎扎实实地下了一番功夫的。比之当今有些人,拿来一本外文书,一遍尚未读完,就敢用鼠标杵着《金山词霸》进行翻译,不由得不让人“肃然起敬”,真是人有多大胆,地有多大产。这方面的故事,就不是一天两天可以说得完的了。

从爱因斯坦的理论发表,人们就翘首以待,盼望着这神奇的光能早日出现。许多设想,理论已经具备,却由于没有理想的光源而迟迟无法实现。爱因斯坦的理论距离现实还有着相当大的距离。比如,光的放大如何实现?什么材料可以产生激光?由于种种原因, 尤其是二战,使得科学家们在这方面的研究难以为继,

这让人们联想到晚唐诗人陈陶的《陇西行》那首诗,

誓扫匈奴不顾身,五千貂锦丧胡尘。可怜无定河边骨,犹是深闺梦里人。

直到二次世界大战结束,激光一直迟迟没有问世,激光仍然只能是科学家们的“深闺梦里人”。二战和朝鲜战争结束后,美国的科学家们也开始了正常的科研活动。由于战争期间留下了许多雷达上用的微波管,一些科学家就尝试着看看能否在这些微波管上作出些名堂。结果1954年,美国的查尔斯.汤斯(Charles Townes)和阿瑟.肖洛(Arthur Schawlow).二人发明了微波放大器。Microwave Amplification by the Stimulated Emission of Radiation----Maser,(读作媒色)大陆翻成脉塞。 和镭射相比,字面上只有一字之差,从技术上讲,和镭射,激光已经非常接近了。只是脉塞的波长还是太长,属于微波,还不是可见光,就是我们肉眼看得见的光波。于是这两人就想,能不能向着更短的波长---可见光进军呢?

1958年, 汤斯和肖洛发表了了用和制作脉塞相似的方法,来获得红外光和可见光激光的文章,奠定了实用激光器的基础。但是,他们仅仅是发表了文章,而没有制作出来。这就为后来他们和他们的学生戈登.古德(Gordon Gould)之间的专利之争埋下了伏笔。此乃后话。

看来真是应了陆游那首诗《冬夜读书示子聿》

古人学问无遗力, 少壮工夫老始成。 纸上得来终觉浅, 绝知此事要躬行。

没个真东西摆在那里,白纸黑字也还是不能免去纸上谈兵的嫌疑。

查尔斯。汤斯,(左)在实验室里展示他的微波放大器


1960年5月16日,西奥多.梅曼 (Theodore Maiman) 做出了第一台激光器,红宝石激光器。历史上,人们都把这一天作为激光正式诞生的日子。

梅曼和他的激光器


顺便说一下,中国当年也还算是牛的,1962年,距梅曼的第一台激光器问世后仅仅两年,中国就做出了自己的激光器,这差距应该不算很大,可是,后来由于众所周知的原因,说句套话,我们“与世界先进水平的差距越来越大了”。直到现在,好的激光器许多还是要从国外进口。而中国能卖到国外的激光产品,也多是低端的多。

1964年,汤斯由于在“量子电子学领域里对微波放大器和激光器方面开创性的贡献”,获得了诺贝尔物理学奖,和他一起得奖的还有两位苏联科学家,亚历山大.普罗科霍洛夫,尼古拉.巴索夫。 而汤斯的亲密战友加妹夫,阿瑟.肖洛,却因为名额有限和其他原因,咫尺之遥,没能获奖。

有杜甫的诗可用来叹曰:功盖三分国,名成八阵图。江流石不转,遗恨失吞吴。

然而大师不愧是大师,遗恨归遗恨,石不转人转。既然这次和奖牌失之交臂,那下次再整一个诺贝尔奖出来又有什么难的?肖洛改换方向,去研究激光光谱。1981年,肖洛由于在激光光谱方面的贡献,而获得诺贝尔的物理学奖。有人这说是诺贝尔评委会为他19641年的失之交臂而动了恻隐之心,其实应该说这是功夫不负有心人,姗姗来迟的名至实归。

有杜牧 《题乌江亭 》诗一首可用于赞之:

胜败兵家事不期, 包羞忍耻是男儿。 江东子弟多才俊, 卷土重来未可知。

肖洛在他的实验室里。


老肖已经是够牛的了,没拿诺奖也谈不上包羞忍耻,但绝对堪称科技界里卷土重来的典范。不过肖洛还不是最牛的,诺贝尔奖得主里最牛的要属巴丁。巴丁一生年拿过两次诺贝尔奖,而且都是最具历史和现实意义的,一个奠定了超导理论,一个奠定了晶体管。

汤斯拿了诺贝尔奖后,马上就有人不服。这人就是老汤在哥伦比亚大学的博士研究生戈登.古德(Gordon Gould。 古德向美国专利局申请了专利,说激光器是他发明的。这一场专利之争,一打就是30年。

大师们争斗起来,也不是省油的灯。故激光界里有个术语叫做30年专利之战(30 year patent war) 诸位看官若有兴趣,待在下有时间再专写一篇。这期间,关于谁是激光专利的拥有者,你方唱罢我登场,真是此起彼伏,风生水起,峰回路转,柳暗花明。看得人们扑朔迷离,眼花缭乱。最后,尽管汤斯肖洛二人拿了诺贝尔奖,但是专利还是以古德的胜利而告终。
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