诺贝尔奖里的激光技术

诺贝尔奖里的激光技术

摘要：随着20世纪激光理论和应用研究的不断发展，激光技术对信息处理和计算、医学治疗和人工智能等领域产生了重大影响。本文通过诺贝尔奖获得者的研究成果，介绍了激光技术的发展，并提出将诺贝尔奖的研究成果与经历与课程教学融合，对培养激光领域的高素质、高创新性人才有着积极影响。

关键词：激光；诺贝尔奖

引言

激光[1]（Laser）全称为“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”，又译为“通过受激辐射实现放大的光”，并且其以优异的单色性、相干性等特点一直倍受关注，其广泛的应用场景与核能、电子计算机、半导体等发明被称为近代四大人类重要发明。

诺贝尔奖于1901年首次颁发，其权威性和公正性早已得到世界公认，一直被视为最先进的科学理论和技术的典范。距今诺贝尔物理学奖已经颁发了100多年，表彰了物理学中最好和最辉煌的科学研究成果，涵盖X射线到量子理论、基本粒子和天体物理学等众多领域。作为全世界研究人员聪明才智的结晶，诺贝尔奖其本身便拥有着极大的科学魅力，不断吸引着大家的视线，若能合理地将其作为课堂教学的重要内容充分运用，也必将极大提升课堂教学质量。因此，通过将教学或实验课程的知识与诺贝尔奖的实际成果相结合，将诺贝尔奖的成果引入课堂，进一步丰富课堂教学，调动学生的积极性，培养学术热情，同时也能促进了学生全面发展，提高他们的科学素养，推动创新。这样一来，激光这颗21世纪最炙手可热的新星将在未来在中国发光发热。

1 激光技术的发展

激光的产生最初可以追溯到上个世纪初，爱因斯坦在1913年首次提到了受激辐射技术概念[2]，并预测未来会有受激辐射光放大器的出现，这也为后来激光

产生埋下了伏笔。但是由于强相干光源的缺失，光学的发展并不顺利，而这个问

题直到物理学家汤斯等人在1954年成功研制出微波激射器才得以解决，其主要

原理是微波激发放大或量子放大[3]（Maser）。随后在1957年，古尔德尝试利用

光泵浦的方法来研究微波激射机，证明通过受激辐射来得到相干光在理论上是可

行的，并且首次使用并提出“LASER”缩写。

随后西奥多·哈罗德·梅曼在1960年成功发明了首个可用的红宝石激光器（波长为694.3纳米）。梅曼利用强脉冲氩光线作激励电源，巧妙地化解了把强

微波激射器系统转化为激光器时所出现的技术问题，其主要是增益介质、光频谐

振腔和泵浦源——强脉冲氩光灯三个组成部分。自此激光就开始了其飞速的发展，进入了光学的新篇章。

2与激光物理及技术相关的诺贝尔奖概述

激光器的问世让有关激光理论、激光器件、激光材料等方面的科研工作深入

开展，各种各样的激光产品正在不断的出现。这几十年中，激光科技成果累累，

已成为了促进人类发展与社会前进的又一种重要力量。在1964年，汤斯和尼古拉·巴索夫、亚历山大·普罗霍罗夫都提出了微波激射器并且同获诺贝尔物理学奖，这也是百年来诺贝尔奖中第一次出现激光的身影。随后1966年，卡斯特勒

提出并完善了研究原子之间的千赫共振的光学方法，借此他荣获1966年的诺贝

尔物理学奖。

1971年，诺贝尔奖得主伽博·丹尼斯）通过全息技术创造性地研究了在物体

面上的各点的空间移动，突破了二维空间的距离限制，对全息技术的研究做出了

突破性的贡献[4]。之后的1981年，由西格巴恩等科学家完成了对高分辨率电子

光谱仪的研制工作，对超高解析度测量仪器和对光电子学中的轻元素进行了定量

分析和统计而获得诺贝尔奖。到1989年，拉姆齐提供了更加精确的测定方法—

分离振荡场方法，并用之于氢微波激射仪及其它原子钟，因此使得之前因精度不

够而无法开展的社会科学实验也得以实现。他的研究让我们有更深刻的研究基本

物理定律的可能，一步大大提升了人类对物质世界的认识水平。1997年，朱棣文

院士等人提出了通过激光冷却技术即将空气高温冷冻至微K量级以下的各种形式，以便使冻结后的气态物质互相俘获在不同的“原子陷阱”里面的技术，这种技术

进一步让我们对某些单个物质的化学结构以极大的准确度加以观察与分析。2018年，阿瑟·阿什金、热拉尔·穆鲁和唐娜·斯特里克兰三人，分别研制出了产生

超短﹑超强激光输出的新型方式——啁啾脉冲放大方式以及“光镊”一种利用激

光移动小物体的激光技术[5],共同获得诺贝尔物理学奖。

3启示与结论

如今，激光技术不断的迭代发展，早已成为专业技术人员必须掌握的一项技能。从20世纪70年代开始，国内各高校就已经开设了激光的理论基础和应用课程。但在实际教学和应用场景中，但由于其原理晦涩难懂，甚至已经超过了一般

高校的普通物理学基础课程。随着激光专业领域新知识、新理论的快速发展，单

纯的课堂讲授方式已经不能满足新时代的要求。将激光领域的所有诺贝尔奖及相

关科研知识应用于课堂，通过精心挑选和讲述诺贝尔奖获得者的教学成果和科研

经历，例如：除了教材中的经典实验结果外，教材中包含的诺贝尔奖研究成果也

可以在实践中呈现。将其与课堂结合起来以此调动学生的学习兴趣，增加学生的

学习热情，既能在愉快的课堂学习中轻松实现教学目标，也能培养学生坚韧不拔、勇于探索、团队合作的科学品质，促进学生创造性思维和创新能力的发展。

本文提出想让激光学领域与诺贝尔奖很好的融合在一起，除了充分挖掘诺贝

尔奖的学术原理外，还可以通过加强对诺贝尔奖成果与课堂融汇。将前沿科研和

应用课题与课堂之间的关系进行有效的衔接，结合国内外前沿动态进行教学内容，以此加深学生对所学理论的理解，开阔学生的眼界、提高学生学习兴趣和积极性。也可以在教学中对某些重要的问题或概念增加相关科学史的介绍，以兴趣来引导

学生理解相关理论。以及适当的通过讲解与课程有关联的诺贝尔奖成果来激发学

生对课程的兴趣，如2018年诺贝尔物理学奖：“光学镊子及其在生物系统的应用”、“产生高强度超短光学脉冲的方法”；2014年诺贝尔物理学奖蓝光LED开

启“新光明”；2009年诺贝尔物理学奖光纤带来通讯划时代变革；1999年诺

贝尔化学奖使得运用激光技术，通过化学反应观测原子在分子中的运动成为可能；等等。通过将这些激光原理和技术的重大突破融入课程，有助于提高学生的学习

兴趣，促进具有激光基础知识和创新思维能力的高素质人才培养。

参考文献