今年是激光诞生60周年，是值得纪念的一年。激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类科学史上的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”和“最亮的光”。激光的诞生使人类掌握了一种无与伦比的强大光源和工具，大大推进了我们的科技进步，也照亮了我们的生活。

美国当地时间1960年5月15日，33岁的西奥多·梅曼(Theodore H. Maiman) 博士抢在几个研究团队之前，在美国休斯飞机公司休斯实验室点亮了第一台激光器，这台红宝石激光器发出的第一束0.6943微米的红色脉冲激光震惊了学术界，也开启了全新的激光新纪元。

梅曼的红宝石激光器结构简单但精巧，他在直径10mm长20mm的红宝石晶体两端镀上银膜，在一端开个小孔作为输出口；他将红宝石晶体放在螺旋形的氙灯灯管中心，然后放进高反射的圆筒之内，这样他就组成了激光器的三个基本单元，即红宝石晶体作为工作物质，脉冲氙灯作为激励电源，镀银的晶体两端作为谐振腔。当脉冲氙灯接通电源后，氙灯发出的光被红宝石晶体中的特定能级吸收，经受激辐射光放大产生 0.6943 微米的激光输出。

激光是自然界中原本不存在的光，是完全由理论预言并经过大量科学家长期不断探索最终产生的光。1916-1917 年，爱因斯坦深入研究了光的辐射理论，提出自发辐射、受激辐射和受激吸收的概念。自然界中的发光现象，如阳光、月光、灯光、烛光、萤光、火光、闪光、磷光等等，均可归入自发辐射范畴，其特征是产生的大量光子完全处于随机、无序、不同方向、各不相干的状态。而受激辐射概念则预言了一种全新的发光机理，但要实现这样一种有别于自然的发光现象，需要打破热力学平衡状态、解决一系列概念性原理性问题，其中里程碑式的突破包括：1928 年，Ruldolph.W Landenburg 证实受激辐射的存在，1940 年 Valentin A Fabrikant 提出粒子数反转方法，1950 年Alfred Kastler提出光学泵浦方法(1966 年诺贝尔物理学奖），1951年Charles.H.Townes发明第一台波长1.25cm的 NH3微波激射器（MASER，1964年获诺贝尔物理学奖)，1954年Townes、Gordon和Zeiger 在哥伦比亚大学建立了第一台 Maser，1956 年Nicolas Bloembergen首先建议三能级固态 Maser（1981 年获诺贝尔物理学奖)，1958 年C.H.Townes和A.L.Shawlow在《物理评论》上发表文章提出激光产生的原理性方案（Shawlow 于1981年获诺贝尔物理学奖），1959 年Gorden 提出Laser术语，1960年Theodore Maiman研制出第一台红宝石激光器。1964年，麻省理工的Charles Hard Townes教授和原苏联莫斯科列别杰夫物理研究所的Nicolay Gennadiyevich Basov博士和Aleksandr Mikhailovich Prokhorov 博士因为在与微波激射器和激光产生直接相关的量子电子学领域的基础性工作而获得诺贝尔物理学奖。一方面，梅曼作出了自己的杰出贡献，另一方面，梅曼是幸运的，经过44年大量学者的攻关突破，通往激光器诞生的道路上，前人已经为他扫清了主要障碍。梅曼曾两度获得诺贝尔奖提名，获得过富兰克林学会、美国物理学会、光学学会和以色列沃尔夫基金会等多个奖项，1984年入选“美国发明家名人堂”，是美国国家科学院和工程院的院士，也是美国激光学会的发起人之一。

激光（Laser-Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）是一种受激辐射放大的光，其基本特征是成千上万光子的光学特征（包括光子频率、相位、方向等等）是一模一样、齐心合力、完全步调一致的，构成了激光强大的威力和能力。受激辐射光放大的发光机理和光学谐振腔的作用导致了激光的四大特性，即亮度高、方向性好、单色性好、相干性高，也使激光束在空间分布、时间分布和偏振方面具有特色，促使激光成为一种神奇之光。

激光的强大之处在于，可以将一束高功率的激光束聚焦成极小的焦斑（如微米级），形成极高的功率密度，达到约10^26-28 W/cm² 。功率密度为10^6-9W/cm²的激光束足以在瞬间将金属表面局部区域熔化、汽化、蒸发、电离，形成焊接、打孔、切割等材料加工过程；功率密度达到10^26-28 W/cm² 的激光束则具备核聚变所需的能量密度，进行惯性约束核聚变研究，深入到与原子核的相互作用范畴，激光束是人类已知的最高能量密度的高能束流。激光的神奇之处在于可以连续或者脉冲输出，其脉冲宽度可以是毫秒级（10^-3秒）、纳秒级（10^-9 秒）、皮秒级（10^-12秒）、飞秒级（10^-15 秒）甚至阿秒级（10^-18 秒），这样的脉冲宽度短于自然界中的许多超快过程，比如光合作用过程和电子迟豫过程等等，可用于极快作用过程的观测，也可以用于分子级甚至原子级的材料去除和加工，也可用于极精密的过程比如近视眼的治疗等等。激光的神奇之处在于可以输出不同的波长，从中红外（CO2激光，波长10.6mm），到近红外（Nd；YAG激光，波长1.06 mm），到可见光（绿光激光，波长532nm），到紫外（266纳米），到深紫外（134nm）到极紫外（13纳米）。目前已知高集成度、最小线宽（7nm）的芯片只能由极紫外波长的光刻来实现。激光的神奇之处在于，激光可以作用和加工任何材料：从金属与合金材料，到无机非金属材料，到高分子材料，到复合材料等等；从最硬的金刚石，到脆性的陶瓷和玻璃，到强韧性兼备的钨、钛合金、不锈钢、铜、铝合金等金属，到软性的橡胶、塑料、皮革，到天然的石材、木材等等，甚至各种生物材料包括人体器官等等，激光都能进行形状加工和性能改变，无所不包、无所不能。

神奇的激光照亮了我们的科学研究

激光的出现大大拓展了我们的研究领域，产生出一系列新的学科和研究领域， 如信息光电子、激光医学与生物光子学、非线性光学、超快光子学、激光化学、量子光学、超快激光物理等等，也产生出一批新的技术研究，如激光制造、激光 检测与计量、激光全息、激光光谱分析、激光雷达、激光制导、激光分离同位素、 激光可控核聚变、激光武器等等。以中国知网检索到的信息为例，从 1987 年至今，共有58112 篇博士硕士论文从事与激光相关的研究，排名前 40 的学科有物理、电子科技、金属学及工艺、临床医学、控制工程、材料、计算机、信息通信、化学、通用技术、化学工程、仪器仪表、电气工程、基础医学、航空宇航、生物、测绘、交通运输、机械工程、环境、汽车工程、武器工业、动力工程、原子能、药学、建筑科学、地质、中医与中西医结合、力学、食品、冶金工程、矿业、石油天然气、中医与方剂、轻工、大气、工商管理、船舶工程、林学、工业经济等， 包罗万象、方方面面、林林总总，覆盖面极为宽广。检索到中国期刊发表的涉及激光的论文有 240900 篇，从 1979 年的年发表 1000 篇至 2019 年的年发表 10000篇，几乎线性增长，发文量超过 1000 篇的前 15 主题包括：激光、激光技术、激光熔覆、钬激光、激光雷达、激光器、激光焊接、护理、输尿管结石、输尿管镜、飞秒激光、显微组织、应用、测量、数值模拟，覆盖了多种学科。

神奇的激光照亮了我们的技术应用

经过 60 年的研究发展，激光应用无所不包、范围极广，包括激光制造、通讯、测量、信息处理、医疗、军事、农业、文化教育及科学研究等各个领域，是一项通用型技术，对促进科学技术进步与发展、形成新的产业、提高人类健康和生活水平作出了卓越贡献，并继续发挥着越来越重要的作用。2010 年激光诞生50 周年时，美国的 SPIE、光学学会和激光学会等机构，组织世界各地的激光领域科学家，从成千上万的激光应用中总结归纳了 26 项亮点应用，包括，光学相干层析成像、光纤光通信、光腔环形衰荡光谱、激光切割、激光标记、飞秒频闪谱、条形码扫描器、激光笔、激光光刻、DVD 和 CD 播放机、激光演示与全息术、激光眼科医疗、微波激射器与宇宙背景微波辐射、激光干涉仪、激光核聚变、激光雷达（光探测和测距）、激光陀螺、激光导星自适应光学、入侵者激光探测、光镊、量子信息处理、光速减慢、超快摄影、激光制导、激光冷冻、激光推进与加速。如果在激光 60 周年时要增加一些亮点应用，我个人觉得，只少我们可以添加军事领域的激光武器（激光炮、激光反导弹、反卫星武器），农业领域的激光育种，医疗领域的激光治疗癌症，测量领域的引力波干涉测量，制造领域的激光焊接、激光 3D 打印、激光微纳米制造、激光清洗，当然我们可以列出更长的单子。

激光制造一直是激光应用的重要领域，从制造角度讲，激光制造技术包括， 激光宏观材料加工(mm 级及以上尺度加工)：包括激光表面工程（激光相变硬化、激光重熔、激光合金化、激光熔覆、激光非晶化、激光冲击硬化、激光毛化与织构化、激光清洗、激光抛光、LCVD、LPVD），激光焊接、激光切割、激光制孔、激光标记、激光雕刻，激光 3D 打印、激光烧结、激光折弯；激光微加工(mm)：包括激光微焊接、激光精密切割、激光精密钻孔、激光烧蚀、激光微熔覆、激光制备表面微米结构；激光纳米制造(nm)：包括飞秒激光直写、双光子聚合、干涉光刻、接触离子透镜序列、激光诱导周期表面结构、纳米颗粒激光制备、表面纳米结构、激光纳米组装等，覆盖了非常广泛的制造技术。

神奇的激光照亮了我们的产业

经过60年的研究发展，与激光相关的产品、技术和服务已经遍布全球，形成了丰富和庞大的激光产业，渗透到各行各业，形成了较为完备的产业链分布。产业链上游主要包括光学材料及元器件，中游主要为各种激光器及其配套装置与设备，下游以激光应用产品、激光制造装备、消费产品、仪器设备为主。根据中国科学院武汉文献情报中心、中国激光杂志社和中国光学学会发布的“2020中国激光产业发展报告”统计，2019年，全球激光器销售额为147.3亿美元，包括材料加工与光刻市场、通信与光存储市场、科研与军事市场、医疗与美容市场、仪器与传感器市场、娱乐显示与打印市场，其中材料加工占40.6%。2019年中国的直接激光市场为658亿元，包括工业、信息、商业、医学和科研领域。中国规模以上激光企业超过150家，企业总数近千家，以激光加工和激光器相关领域为主。激光产业为中国制造、高端装备、智能制造的发展发挥了重要作用。

从爱因斯坦的一个精心的理论预言，经过44年诞生出一个精致的激光器件，发出第一束精美的红色光束，激光束穿越了60年的时空，发出灿烂的光芒，带来了如此之多的惊喜和无所不在的影响。未来的岁月，鉴于其无与伦比的强大、精细、准确，激光无疑将会照亮科技进步的更多领域和我们生活的方方面面。

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