湯斯，查爾斯·哈德。1950年提出微波激射理論，並因此項工作於1964年獲諾貝爾獎。他促進了微波天文學和紅外天文學的發展，領導加利福尼亞大學伯克分校的一個科研小組在1968折發現了第一批星際空間的多原子分子——水和氨。
基本介紹
- 中文名：微波激射理論
- 提出人：湯斯，查爾斯·哈德
- 提出時間：1950年
- 類別：理論
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微波激射與雷射的誕生
雷射如今已無處不在 ，從超市收款機、CD播放器到眼科診所，到處都可以發現它的身影。1954和1955年出版的《物理評論》首次對雷射進行了介紹。雷射由微波激射器（maser，也譯作：脈塞）發展而來，而微波激射器（maser——“microwave amplification by stimulated emission of radiation”，受激輻射引起的微波放大的英文首字母縮寫）的產生，正是基於愛因斯坦約40年前（1916年）極具先見的理論。然而，從理論到套用的道路絕非一帆風順，科學家們融合了諸多學科的研究成果，才將這些理論上看來十分簡單的裝置真正展現在人們的眼前。
微波激射理論
二戰後，雷達科學家與物理學家合作，希望尋找到在厘米波段範圍內產生電磁輻射的方法。物理學家希望利用該技術來研究分子結構。研究發現，當分子中的原子鍵在不大相同的構形間發生振動時，原子鍵通常會吸收或放出厘米或毫米波段的輻射。
但是雷達中的真空管和相關裝置無法產生亞厘米波段的輻射。20世紀50年代初，正在紐約哥倫比亞大學工作的查爾斯-湯斯（Charles Townes）突然想到，只要能使大量分子同時發射，分子本身就可以成為絕佳的發射器。湯斯早期對微波波譜的研究幫助了他後來的工作。
微波激射理論
早在1916年，愛因斯坦就從理論上預言了受激輻射的存在——即一定頻率的電磁波可以“刺激”受激原子或分子，使之躍遷到低能級並產生更強的電磁輻射。1947年，哥大的威利斯-蘭姆（Willis Lamb）和羅伯特-盧瑟福（Robert Retherford）就利用受激輻射來放大氫分子產生的輻射，以更精確地測量特定分子躍遷的頻率。
湯斯對微波技術十分熟悉，很快想到了實現受激輻射的辦法。他構想將腔體內大量受激分子以合適的尺寸聚集，一些分子放出的射線反射回來與其它分子相互作用，這樣就使得受激輻射不斷增強，通過腔體與分子之間形成的反饋機制將信號急劇地放大。
湯斯和同事在1954年製成了世界上第一台微波激射器（maser）。他們將一束受激的氨分子射入諧振腔內，由於腔內分子輻射產生受激分子，而受激分子進一步增強輻射，並提供源源不斷的受激分子，因而輻射得以自持。第一台微波激射器只產生厘米尺度的輻射，所以功率很小，僅為十毫微瓦左右（10-8W）。但值得注意的是，在發射譜上其輻射能量呈現為極細銳的譜線，這也就意味著輻射的頻率十分單一，僅含一個波長而沒有其餘波長的干擾（單色性好）。
微波激射理論
不少理論物理學家曾認為湯斯構想的裝置根本無法實現。可它的的確確實現了！於是研究者紛紛仿效製造，並開始在原來基礎上加以改進。1958年，湯斯和新澤西州貝爾實驗室的阿瑟-肖洛（Arthur Schawlow）曾計畫製造一種在紅外和可見光區工作的激射器，但直到1960年第一台光激射器才真正問世——這也就是我們所說的雷射(laser)。湯斯也因其在微波激射器和雷射領域的貢獻分享了1964年諾貝爾物理獎。
由於不同團體對專利權的爭奪，雷射的發展還遇上過不少官司。麻省理工的伯納德-伯克曾在哥大見到過第一台微波激射器，他的話頗令人深思：“湯斯無意將它保密，相反，它向未來的研究者敞開了歡迎之門。”
