激光：从发明到应用#61482;

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1、激光：从发明到应用#61482;[摘要]本文通过对激光从发明到应用过程中几个重要问题的历史考察，论述在一个具体技术领域的产生和发展过程中，科技、经济和军事的动力共同发挥着作用；阐明在这一过程中，科学与技术的关系不是简化的、线性的关系，技术发明不是从科学发现直接导出的。科学与技术之间存在着多种多样的相互作用：不仅新技术的产生依赖于科学知识，而且，在新技术建立之后，技术的发展又为科学研究提供了强大的动力；说明新技术应用的不确定性不仅仅在于技术本身，而且在于社会如何运用已建立的技术能力。最后，本文指出：（1）基础研究和应用是相互作用和相互缠绕的，因

2、此应重视设计激励两者互动的政策；（2）从科学的角度来看，新的科技突破是激动人心。从经济和社会发展的角度，更重要的问题是如何开发利用新的科技突破[关键词]激光，科学和技术的关系，新技术的应用，不确定性，微波激射器，1960年，世界上第一台激光器诞生。激光是一项根本性的突破。激光技术的发展，极大地带动了相关科学研究的蓬勃发展，带来了遍及社会和经济生活各个领域的广泛用途。到如今，已有六次诺贝尔物理学奖授予了工作在微波激射器和激光领域的科学家：NikolaiBasov,AlexanderProkhorov和CharlesH.Tobergen和Arth

3、urSchaanRamsey（1989），StevenChu(朱棣文)，ClaudeCohen-Tannoudji和aser,microplificationbystimulatedemissionofradiation)发明于1954年。从历史发展来看，激光是把微波激射器的原理从微波领域自然推广到可见光而产生的。两者都是基于受激辐射原理。受激辐射的概念是由爱因斯坦在1916年提出的，到30年代，物理学家已经认识到受激辐射会带来放大效应。也就是说，发明激光的概念要素在20世纪30年代就已充分提出来了。那么，自然要问：为什么激光没有在30年代就

4、发明？特别是，为什么激光不是在微波激射器之前，而是在之后被发明出来？这样的问题预设一种逻辑：科学发现自然会带来技术突破，或者技术突破是从科学原理中直接导出的。这样一种思想是事后的逻辑重建。按照这种逻辑给出的一个答案自然会是这样的：“人们花了20年的时间摆脱了老的、传统的产生电磁波的想法，找到了实现它们全新的、革命性的途径，就象常在这些例子中出现的，当时机成熟时，许多科学家几乎就会同时得到同样的想法。”([2]，Pxi，着重体为引者所加）。“时机成熟”一词，掩盖了对技术发明依赖于科学知识方式的无知。让我们来看一看实际的情况。从历

5、史发展来看，微波激射器的发明是由分子光谱学的研究问题产生出。二战期间，由于雷达的需要，分子光谱学得到兴旺发展，研究前沿向更短的波长领域推进，以达到更高分辨率的目标。([3]，PP39-40)战争结束后，美国军方对毫米级波谱学的研究工作保持着强烈的兴趣，因为其方便的部件可以用于减少导弹的重量、设计安装在坦克和潜水艇上的轻量级短波雷达、以及用于提高短波通讯的安全性。1946年，由美国海军研究办公室、陆军通讯兵和空军联合建立了联合电子学服役计划（theJointServicesElectronicsProgram，JSEP），提供资

6、金和仪器，共同支持“二战”期间的电子学研究实验室，目的是平行地开展军方需要的研究和光谱学家感兴趣的研究，并期望两者能得到交叉利用。JSEP最初支持的四个实验室是：哈佛辐射实验室，MIT辐射实验室（重组为电子学研究实验室），哥伦比亚辐射实验室和斯坦福电子研究实验室。在当时冷战的气氛下，美国科学家把基础研究和军事应用结合在一起来做，是很普遍的现象。1951年，在微波激射器的思想提出之时，微波激射器和激光的发明人CharlesH.Towens就在哥伦比亚辐射实验室，受军方的资助，从事分子光谱学和微波的基础研究。1954年，Townes和他的学生J.

7、GordonH.Zeiger合作用新的放大原理产生了第一台微波激射器。之后，Townes把微波激射器的研究原理推广到可见光领域，带来了激光的发明。我们从微波激射器发明的故事（[3],PP54-59）可以知道，Townes是在苦苦思索当时困扰的难题——常规的微波源（电子管、速调管、磁电管等）对毫米和亚毫米范围无能为力时，灵感突现，想到用共鸣振荡器来保持受激辐射，从而实现放大作用。在当时，物理学家熟知受激辐射已经有三十多年了，也知道受激辐射会产生放大现象，但是实验显示很困难。由于受激辐射可以很好地被其他物理效应确定，放大效应没有被认真对待；（[4

8、],P547）当时物理学家的兴趣没有显示出把受激辐射和相干的放大技术联系起来，1951年前物理学家发表的文章情况证明这一点。（[5],P18）而工程师对于振荡器也有