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激光爷爷不懂激光,光谱老爹不懂光谱

MAIMAN为反击激光爷爷TOWNES和他的妹夫,光谱老爹SCHALOW,对他的迫害, 在他的”激光历险(LASER ODYSSEY)”一书中(19章)详细分析批驳了长期被激光和物理学界奉为激光原理的奠基性文章,即在1958年物理评论(PHYSICAL REVIEW)上的”INFRARED AND OPTICAL MASERS”一文．

MAIMAN从以下几个方面说明了这篇开天辟地的文章充满了各种低级错误和不严谨的猜测. 因此更象一个准博士生毕业论文里的策划书PROPOSAL, 而不是一篇基于实验或者严谨计算结果的论文.

1. 有关FP腔的知识---这有很大程度上炒现饭,FP腔在光学里作为谐振腔早就有了(在1899年由C. FABRY 和A.PEROT发明), 而伴随的所有参数也不是开天辟地的新东西. 唯一新的是FP腔和激光发射谱线宽度结合上有很多新的, 但是这篇文章并没有进行特别详细的阐述. 这FP腔的使用早在激光爸爸GORDON GOULD的1957年的发明笔记甚至更早的其他人(PRINCETON的DICKE早在1956年就提出类似的想法并注册了专利)的类似发明想法中就提到.而这FP腔和受激辐射的结合带来的激光的特殊功能让GOULD激动得立刻退学去参与到发现和发明LASER的伟大事业中去--- 他在给国防部的策划书里把激光的很多特性和应用描述得比这篇1958年物理评论上的纲领性文件还要详细和宏大.

2. 有关TOWNES和SCHALOW提出的钾原子气体激光.

a. MAIMAN说这里这两位巨人犯了低级错误. 两位巨人说要用钾灯去泵(PUMP/激发)FP腔里的钾原子气体.而实际上, 由于钾灯气压高出FP腔里的钾原子气体很多倍(导致压力展宽)并且有非常强大的放电电场(导致STARK展宽), 钾灯的谱线宽度远大于FP腔里的钾原子气体的吸收谱线宽度--- 差了30倍. 这就导致实际FP腔里的钾原子气体能吸收到的能量密度远小于两位巨人在文章里提到引用的强度.所以虽然TOWNES在MAIMAN作出激光后, 有意说”任何物质只要使劲泵就能发激光”, 但是最后历史上也没有一个钾原子气体激光. 同样GOULD从国防部弄来的钱来做的钠原子激光同样无法工作. 很难想象后来因为激光光谱得到NOBEL奖的SCHALOW, 可以说是激光光谱的老爹, 居然没有考虑这些基本的"展宽".

b. 而TOWNES和SCHALOW提出的FP腔里钾原子气体需要得到的激发功率是1.2毫瓦(mW),而最好的OSRAM的钾灯工作在三倍额定电流的情况下也只能在需要的波长发出0.4mW的光,更不用说当用透镜收集后汇集到FP腔里被钾原子气体吸收的效率了. 其实这里TOWNES和SCHALOW确实用了一个激光的简单逆过程,即非受激辐射产生的光来激发激光介质. 这就从原理上导致是用一个亮度非常差的光源去激发一个高亮度的光源---除非亮度非常差的光源的强度极高,否则无法成功.而MAIMAN一上来做激光就意识到激发光源的亮度,即单位面积和角度的发光功率是关键问题, 而不是简单的光源总功率.

所以,TOWNES和SCHALOW提出钾原子气体激光要能发光需要比当时最好的OSRAM的钾灯和他们设想的最低功率强几乎1,000倍的光源来激发---可谓下笔千言,离题千里.

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