红宝石“激发”中国之光

红宝石“激发”中国之光
2024年09月12日 21:30 科普中国

1961 年 9 月,一个年轻的团队创造出“中国第一”“世界第二”的奇迹,这就是中国首台红宝石激光器,它发出的第一束光,橘红如火,耀眼无比,照亮了中国激光史。

这个团队来自中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所(以下简称长春光机所),由时年 30 岁的王之江、邓锡铭牵头,在经济困难、工业基础薄弱的条件下,用较短时间完成研制。

这台独属于中国的激光器,凝聚了科研人员全部心血,它仅仅比世界首台激光器晚了一年,且使用了前所未有的创新设计,效率更高、性能更优。

中国第一台红宝石激光器

激光是 20 世纪的伟大发明,被誉为“最亮的光”“最准的尺”“最快的刀”,它的应用无处不在——医学、制造业、通信、国防,它对光学的发展起到划时代的作用。

1958 年,美国物理学家查尔斯·汤斯等发表《红外和光量子放大器》一文,提出实际激光器的概念,预言了激光的可行性,世界各国随之展开对研制激光器的角逐。

中国科学家亦不甘人后,其实,长春光机所的一批年轻科研人员,王之江、王乃弘、顾去吾等已经产生打破经典光学定律、改革光源的创新思想,与汤斯等人的结论不谋而合。

长春光机所上世纪旧照

一读到汤斯等人的论文,王之江等人马上领悟到其精华,他们当即决定,探索激光这个新研究领域。

然而当时的中国与英美等发达国家几乎没有交流,只有一些国外学术刊物可供了解世界科技前沿,中国科学院电子学研究所的黄武汉,率先开始红宝石微波量子放大器的研制

在黄武汉成果的启发下,王之江、邓锡铭等人利用业余时间,自发研究光量子放大器,他们没有经费支持,但风华正茂的他们,一直在坚持。

1960 年 5 月,美国物理学家查尔斯·梅曼成功制造出世界上第一台激光器,这给了长春光机所研究人员莫大鼓舞,让大家看到红宝石作为激发介质的可行性。

梅曼发明世界上第一台红宝石激光器

王之江等人马上给所领导写信,得到了时任所长王大珩的大力支持,1960 年底,他们制定出实验方案,对红宝石激光器的研制正式开始。

然而,要把全新设想变为现实谈何容易?这些勇气满满的年轻人,在研制过程中遇到了万分艰难的挑战、

新中国工业基础薄弱,制作红宝石激光器所需的脉冲氙灯,国内求购无门

研究人员只能自己从头设计、动手制作

国产红宝石质量不佳,不能满足光学要求,研究人员只能尝试从技术方面创新改进,由于没有无线电学科背景,他们对谐振腔理论也需从头学起。

纵使困难重重,王之江、邓锡铭下定决心要做出中国自己的激光器,他们大量学习知识,不分寒暑,废寝忘食,刻苦攻坚。

他们进行了 3 处技术创新,分别是:直管状脉冲氙灯、球形成像照明器以及内有聚焦装置的谐振腔,这使我国红宝石激光器效率超过“世界第一”

其中,长春光机所技术人员杜继禄,凭借高超技巧吹制 20 多种过渡玻璃,解决了氙灯钨极与石英间的封接难题,相关工艺在激光领域沿用几十年,而氙灯所用的几瓶氙气,是一位采购员走遍半个中国,才在不知名灯泡厂的库房中找到的库存。

1961 年 9 月,中国第一台红宝石激光器诞生,并成功实现激光输出。这比美国的那台仅晚了一年多,红宝石激光器开辟了全新研究领域,中国之“光”,蒸蒸日上。此后,各类激光器如雨后春笋般涌现,经多年发展,激光产业已在国民经济中不可或缺。

1964 年 5 月,中国科学院光学精密机械研究所上海分所成立,它是首个专门从事激光研究的研究所。王之江担任固体激光器研究室主任,和同事试制钕玻璃激光器,达到国际先进水平

王之江院士

邓锡铭则继续牵头激光核聚变研究,开拓、发展高功率激光驱动器,建成我国最大的“神光”激光装置。在惯性约束聚变、X光激光等领域取得一系列重大成果。

邓锡铭院士

2005 年,国际光学委员会(ICO)学术大会,首次在中国举办,同为 92 岁的王大珩和汤斯一起出席,汤斯参观了中国的第一台激光器,并称赞道“你们这个比梅曼那台效率要高得多”,中美两位跨越世纪的老科学家,共同见证了由激光开启的人类新时代。

2005 年国际光学委员会大会开幕式现场

红宝石激光器照亮了中国激光事业发展与研究人员前行之路,一代又一代科学家和工程师,继往开来、辛勤耕耘,将激光技术的成就化为国家实力的象征,照亮“中国梦”的辉煌征程!

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