本演讲的题目是Brief History Western Laser Research and Development。那么我们主要要来简明扼要的来回顾一下，西方激光技术发展的历史。那么我们按经典物理时代、量子物理时代、激光物理时代和激光器的创新时代这样四个时代，来回顾激光研发的历史。我们以诺贝奖得主和他们的工作为主线，描述不同时期的重大突破，尤其是对于各种不同类型的激光器，和激光技术的发展的发明者和突破者的相关的工作，做必要的说明。最后，对于量子电子学技术的近期进展和发展趋势，也做了归纳。 那么首先激光是什么，1957年美国科学戈登古尔德，他在实验记录上面有激光可行性的一些粗略的计算，那么这个他是当时的时候，是记载了激光制造的首次的避世的文件。那么他写下了这个词组Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，把这个L、A、S、E、R的缩写了就组成了叫Laser，当然这个词组也可以直接的翻译为受激发射的光放大，在海峡的彼岸，他是音译为为“雷射”，香港译为"莱泽"，1964年的时候，我们国家的著名学者钱学森先生，把Laser译为激光，语简意深，沿用至今。那么这一张，就是戈登古尔德的照片，他生于1925年，逝于2005年，图案就是戈登古尔德笔记本的首页，请注意这个笔记本的首页，左边的上方有一个公正的章，那么这个公正的章有什么作用，这个上面这个公正章是盖有1957年11月13日，说明了他是在一个布鲁克斯一个糖果店里做了公正的一个公正章，这个时期就证明了戈登古尔德确实是先于他人，首次描述了许多激光技术的记录在案。

但是，也就是这个公正章，使他打了30年的官司，结果他官司打赢，取得了激光的一个发展的前驱的这样一个专利。那么当然，我们要来做回顾，激光的理论基础可以追溯到100多年前。20世纪早期，近代量子物理取代了光与物质的经典理论，当时的是一个非常寻常的科学演变的中心，第二次世界大战的爆发，使这一个物理硕果累累的被迫中断了，战争迫使了许多沉浸于量子力学理论和实验方面的领先的科学家，选择了迁移到了北美继续他们的研究。战后的北美，为科学家们提供了挺先进的资源来支持科研和创新。当时我们有完整的大学，资金充足的政府和企业，以及自由市场的经济等等，都为激光的研发，提供了极为有利的条件。好，那么我们现在看一看，经典物理时代，那么这一张照片是麦克斯韦的照片，生于1831年，逝于1879年，我们是站在巨人的肩膀上的，这个麦克斯韦就是巨人之一。那么我们大家都知道，麦克斯韦方程组，1873年这4个偏微分方程，现在被称为麦克斯韦分成组的，当时是第一次以完整的形式在电磁学中出现。那么他们是19世纪数学的伟大的成就之一。麦克斯韦方程组，有机是它的微分形式，简明的表述了电磁学中的高斯定律，安倍环路定律和法拉第定律以及电磁波的传播等。今天我们再设计新的激光器的时候，也许仍然需要求解经典物理时代的麦克斯韦方程组，以验证谐振腔的设计，是否合理，也就是麦克斯韦方程组的边界条件。同时呢，再根据测量所得到的数据，再来修正设计参数，使激光的输出符合我们的要求。 好，那么第二个，我们觉得要回顾的科学家，也就是玻尔兹曼，那玻尔兹曼有一个很有名的一个理论，就是玻尔兹曼分布，当我们在讨论激光产生的必不可少的条件是，不得不要考虑到，不同上的粒子束的玻尔兹曼分布，当我们在寻求新的激光介质时，三能机以上的体系的，玻尔兹曼分不中的粒子束的反转的方程求解尤为重要。那么玻尔兹曼是谁，这一张照片就是玻尔兹曼，他们现在在维也纳大学主楼前的玻尔兹曼的一个塑像，玻尔兹曼的文明是基于他发明了统计力学，他的工作是独立于伟大的，他们的理论表明了大量原子和分子的性质和属性，以外得大块物质的性质和属性。1871年玻尔兹曼提出了麦克斯韦玻尔兹曼分布，也就是说在每一个方向上，分子运动的平均能量是相同的，那么这个公式就是玻尔兹曼分布，也就是等于是指数函数负的括号里面是E2减E1。好，那么接下来我们讲量子物理时代，这张照片是马克斯普朗克，他生于1858年，逝于1947年，他1918年的时候得到了诺贝尔物理奖，那么马克斯普朗克说过，不理解光是电磁辐射的这种形式，就不可能有激光。那么马克斯普朗克他在1900年发表了一篇论文，宣告了他的关系推导，这是一个革命性的想法，由一个发射的能力E，这可能与理想的值或者以量子的形式存在，也就是说能量E等于HU，其中H是一个常数，现在成为普朗克常数，这一个能量等于HU，这样这个公式，这不仅是普朗克最重要的工作，而且也是物理史上一个重要的转折点。那么这张图就把普朗克的工作，跟早期的RayLEigh Jeans 和Wien工作做了比较，这条绿颜色的曲线就是普朗克的量子论的曲线，那么这条红颜色的线是RayLEigh Jeans的线，那么他的横轴是什么，横轴是一个频率，那么也就是说这频率比较低的时候，在长波的时候，那么这个RayLEigh Jeans 他们的工作跟实践，跟实践符合得比较好。那么这条蓝的线是Wien的线，Wien的线在高频的时候，跟实践符合得比较好。那么普朗克提出了量子论以后，普朗克公司跟实验符合的比较，就是绿颜色的线，所以普朗克得到了诺贝尔的物理奖。 那么接下来介绍一下尼尔斯.波耳，他生于1885年，逝于1965年，他得到了1922年诺贝尔的物理奖，那么这个波耳这样说过，他说一种深刻的真理的对面，可能是另一种深刻的真理，波耳还描述了原子发出辐射的方式，当电子从外层轨道跳到内层轨道，它发出光，后来其他的物理学家把他的理论扩展到了量子力学，那么量子力学的理论，就解释了辐射的原子结构和相互作用。那么最著名的就是我们氢原子的光符合，那么也就是说E这个N等于什么，等于是负的13.6电子伏，除以小N的那么其中这个小N是什么，是主量子数，是一个整整数，如果电子出于这个是N等于1的状态，那么它的能量就是负的13.6电子伏，这个是的能量，如果电子处于的状态，那么它的能力就是负的3.4伏特电子伏，这个是被称为第一激发态的能量。这一个能量是从量子力学推导出来，建了公式，跟氢原子光辐的实验非常符合。请看，氢原子光把的巴耳末系的发射光光谱，什么叫巴耳末系，也就是3、4、5、6、7，他们跃迁到等于2，这个能阶的时候，就释放出来的能量，与能级差相对应的这样的光子，那么这些转变是科学家巴耳末第一个发现的，所以称为巴耳末系，请大家看这个氢原子光谱的图，这个上面比较明显的是有从右边到左边看，有一条是

那么我们看刚才的能量公式，是描述电子能量的共识，但是我们现在单光子能量公式怎么样描述，我们就是用1与下标是用光子来表示，等于什么，等于刚才已经说过了是HU，那么这个U是什么，U是光子的频率，U也可以改写成光速除以波长。那么当然这个H是什么，H是常数，那么从这一个公式可以计算，每一根谱线的频率，就是U跟这个波长。那么这张图就是我们进一步的说明了巴耳末系的氢原子发射光谱的谱线的，可以解释。那么这张图说明了什么问题，说明了理论和实验是符合的非常好，那么自此我们就明白了，氢原子子电磁能量是量子化的，能阶是分列的、不连续的。氢原子的情况，激光器机会介质中的电磁能量也是量子化的，能阶也是分列的，不连续的。因此，粒子的能量不是容易的，粒子的能量也只能在量子化的不同能阶之前跃迁，从低能阶跃迁到高能阶吸收能力，从高能阶到低能阶就放出能量，也许以光子的形式，得到的是分列的发射光谱，就是刚才大家看到的五条，有颜色的、可见的这样的光谱，这个是量子力学的重要结果之一。