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校友风采

听老书记讲述过去浙大激光专业的故事

编辑:admin 时间:2016年05月31日 访问次数:1292

四月的西湖,春色满湖,桃花盛放。有幸在李五一书记的安排下,我们几位光电院78级同学与激光专业的老书记张浚生老师聚会,在一位激光专业学生提问是谁翻译LASER为激光的情形下,老书记回忆了那些浙大激光专业的故事。
激光这个词,是著名科学家钱学森翻译的。在仅仅只有二个字的翻译中,这无疑是最好的LASER翻译。我们套用一个名言:这个世界上本来没有激光,因为钱老的翻译,我们才叫作激光。
激光的核心就是光放大。这个激光原理是当时贝尔实验室的汤斯提出来的。据汤斯回忆录,有一个富兰克林广场猜想的故事。传说当时汤斯和萧克勒去DC开会,住在白宫后面富兰克林广场附近的酒店。因为激光的理论难题一直困扰着他,夜不能寐,清晨汤斯就绕着广场转悠转悠。突然间,灵光一现,汤斯想到了可以存在一种非平衡态,即有可能发生一种上能级的粒子数多于下能级的特殊材料中的特殊非平衡状态,即粒子数反转,或者叫负温度状态。在这种情况下,光放大就成为现实。但是按照热力学原理,下能级的粒子数永远大于上能级的。怎么解释粒子数反转呢?汤斯引入了一个驰豫时间,即跃迁到某个能级的停留时间。各种材料因为结构上的差别,其每个能级上的停留时间必然不同。如果能够找到或制作一种材料使得某个上能级有较长的驰豫时间,则粒子数反转就有可能,光放大也就成为现实。汤斯因为此理论获得了1964年的诺贝尔奖。
世界上第一台激光器是休斯公司一位年轻的工程师Maiman 1960516日发明的红宝石激光器,波长694纳米的红光。当时的电视电台媒体得到这个重要发明的消息后,都不敢报道,但又不想失去这个重大的新闻,所以,他们采取了模糊的方式进行报道,例如用了据说,谣传,有可能等词汇。激光无疑是二十世纪八大重要发明之一,其影响力是深远的,直接推动了很多学科的发展。当时有很多科学家也在研制激光器,那么,上天为什么垂青这位年轻的工程师,使得他成为第一位发明激光器呢?他用了什么特殊的方法?当年其他专家用的是连续的灯泵激励激光介质,Maiman是第一个采用了环形闪光氙灯用于激励激光介质,就这么一个简单的创新。
激光就是一种人造光源。激光的英文名字就是五个字母LASER. 理解了毎个字母的含义,就基本上知道了什么是激光。其中,L 就是Light,即光量子之意,其最重要的参数就是波长。爱因斯坦于1905年提出了光电效应,光子的能量、动态质量、动量都是由波长决定。A就是Amplification 光放大,即上面讲过激光介质的属性。S 就是Stimulation,激励激发使得激光介质从基态到高能态以获得粒子数反转从而导致光放大。这里可以有灯泵浦,气体放电,化学反应,电子击穿等等。就像管理公司中的激励机制一样,设计好如何激励激发激光介质是制作激光器的关键。E就是Emissions 即光放大以后的不断辐射和振荡。所以,必须设计好谐振腔以获得优秀的激光模式。R就是Radiation,即输出激光。一方面要谐振进行多次光放大,另外还要适当地输出激光。就像企业的分红派息。有了这五个内容,就可以完全正确地描述激光器,例如:深紫外193nm,准分子,气体放电, 100Hz重复频率,脉冲激光器。
我国的第一台激光器是1961年秋季由长春光机所王之江、邓锡铭领导下制作的红宝石激光器。比美国仅仅相隔一年多一点。中国在激光领域一直紧跟世界先进国家,差距仅仅几年而已。有些领域甚至是领先的,例如非线性激光晶体。据说毛主席专门有一个“”我们要重视发展死光技术”的指示。“死光”是指聚焦的高亮度太阳光,历史上有很多有关“死光”的故事。也有很多科幻小说提及。当然,激光比“死光”威猛多了。我国第二代领导人邓小平同志在1979年也有专门的指示“激光我们要加点力,花多点力量。防御,打飞机,打坦克,将来主要靠它,肯定用得上。将来的空中战争是激光时代”。
浙江大学光仪系在张书记的倡议下成立了激光研制小组。浙大是中国高校中最早成立激光专业的,也是最早招收激光专业大学生的(1973开始招收激光仪器专业本科生)。一开始研究制作的就是红宝石激光器。当时没有环形闪光氙灯,但是有直管型的氙灯。张书记领导的激光小组就采用椭园柱面的腔型,使得红宝石激光晶体和氙灯放置在椭园柱面的二个焦点处。那些椭园柱面就是张书记用手慢慢的磨砂出来的。还有输出谐振难题,正好光仪系有镀膜组,解决了前后端镜的镀膜问题。
激光器搭起来了,文革也开始了。在那轰轰烈烈的批斗声中,张书记领导的激光小组夜以继日地调试着激光器。试想在那时候没有准直光源,只有用照相纸放在输出面,开始用肉眼对准端镜。然后一步步扫描调节二个端镜,每个端镜有二个XY自由度,假设每个自由度细分为十格,那么就是一万个排列组合。每调一个位置,氙灯泵浦激发一下,看看是否有激光输出,周而复始,经过不知道是几天几夜的不停调试,终于看到照相纸上烧出了一个小小的洞。尽管五十年过去了,幸福的欢乐的神情依然洋溢在张书记的脸上。五十年前的这个时候,激光在浙大玉泉校园诞生了,那是中国第一个由高校研制成功的激光器。这也是我们浙大光仪系激光专业的前身。现在浙大激光专业的毕业生活跃在海內外各个激光领域,成为激光行业中的佼佼者。
   部分光电系友合影(前排正中为原浙大党委书记张浚生)
    “中国激光之父”王之江和我国第一台红宝石激光器
激光78级系友顾波与激光理论发明者、诺贝尔奖获得者汤斯合影
 
余东校
20164
 
(作者简介:余东校,浙大光仪系激光78级,现为Yuco光学激光有限公司总裁,美国石溪大学兼职教授)