激光之父：1964年諾貝爾物理學(xué)獎得主湯斯博士

[摘 要]美國實(shí)驗(yàn)和理論物理學(xué)家、發(fā)明家和教育家查爾斯·湯斯是微波激射器（Maser）的主要發(fā)明者和激光器（Laser）的先驅(qū)者之一，與前蘇聯(lián)（現(xiàn)俄羅斯）物理學(xué)家和微波波譜學(xué)家巴索夫以及普羅霍羅夫分享1964年諾貝爾物理學(xué)獎，還與多人共享“激光之父”之美譽(yù)。激光技術(shù)是20世紀(jì)人類的重大技術(shù)發(fā)明之一，為了紀(jì)念湯斯教授逝世1周年并寄托筆者的深情哀思，特撰寫出此長文。筆者在此全面介紹了湯斯教授的生平與家庭成員；主要學(xué)術(shù)成就與貢獻(xiàn)；與中國的淵源以及所獲雅稱、獎項(xiàng)與榮銜，重點(diǎn)梳理出激光技術(shù)波瀾壯闊發(fā)展歷程的整個脈絡(luò)和概貌，還順便簡介了并非激光器的半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）的發(fā)展概況，簡明扼要地闡述了諾貝爾自然科學(xué)獎中與激光技術(shù)密切相關(guān)的有關(guān)情況。

[關(guān)鍵詞]查爾斯·湯斯；能級（能態(tài)）；躍遷；受激輻射；微波波譜學(xué)；核磁共振；拉比樹；粒子數(shù)反轉(zhuǎn)；微波激射器（Maser）；量子電子學(xué)；工作物質(zhì)（增益介質(zhì)）；泵浦源；光泵浦；光諧振腔；激光（Laser）；紅寶石激光器；激光技術(shù)；光纖通信（光通信）；網(wǎng)絡(luò)；全息攝影術(shù)；精密測量；激光冷卻技術(shù)；玻色—愛因斯坦凝聚態(tài)（BEC）；發(fā)光二極管（LED）；發(fā)明專利；諾貝爾自然科學(xué)獎

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2016.05.167

2.5 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)

一般情況下，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)（population inversion，又譯為集居數(shù)反轉(zhuǎn)、居量反轉(zhuǎn)、群數(shù)反轉(zhuǎn)）是產(chǎn)生Maser/Laser的先決條件。兩能級間受激輻射概率與兩能級粒子數(shù)差有關(guān)。通常情況下，處于熱平衡不同能級的粒子服從玻爾茲曼分布，即處于低能級E1的粒子數(shù)大于處于高能級E2的粒子數(shù)，這種分布是粒子數(shù)的正常分布，只能得到普通光。為了得到激光，就必須使用電、光及其他方法對工作物質(zhì)進(jìn)行激勵，設(shè)法把處于基態(tài)的粒子大量激發(fā)到亞穩(wěn)態(tài)，使得高能級E2上的粒子數(shù)大大超過低能級E1上的粒子數(shù)，在受激輻射作用下，工作物質(zhì)就能對某一特定波長的光輻射產(chǎn)生放大作用（即光放大）。這樣就可在高能級E2和低能級E1之間實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)分布。

科學(xué)家們通過對原子能級系統(tǒng)的深入研究，發(fā)現(xiàn)能夠?qū)崿F(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的能級系統(tǒng)幾乎全部可歸納為3能級系統(tǒng)3ELS（three energy levels system）和4能級系統(tǒng)4ELS（four energy levels system）兩類。在3能級系統(tǒng)中，E0是基態(tài)能級，E1是亞穩(wěn)態(tài)能級，E2是激發(fā)態(tài)泵浦高能級，在E1和E0之間產(chǎn)生激光。其主要特征是激光的低能級是基態(tài)，發(fā)光過程中低能級的粒子數(shù)會一直保持有相當(dāng)?shù)臄?shù)量，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的效率較低。在4能級系統(tǒng)中，E0是基態(tài)能級，E1是激發(fā)態(tài)能級，E2是亞穩(wěn)態(tài)能級，E3是激發(fā)態(tài)泵浦高能級，在E2和E1之間產(chǎn)生激光。因激光的低能級是一個激發(fā)態(tài)，常溫下基本上是空的，其激勵能量要比3能級系統(tǒng)小得多，更容易獲得激光。

前蘇聯(lián)物理學(xué)家法布里坎特（Valentin Aleksandrovich Fabrikant，1907.10.09—1991.03.03）是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)這一重要物理思想的首倡者和踐行者。他在討論氣體放電的發(fā)光機(jī)理時，分析了由負(fù)吸收產(chǎn)生光放大的可能性，以及由此所引起的光強(qiáng)度增加和方向性的問題。他根據(jù)拉登堡發(fā)現(xiàn)的吸收系數(shù)、愛因斯坦A/B系數(shù)和粒子數(shù)分布的關(guān)系指出：要使輻射通過介質(zhì)不但不衰減而且還要放大的話，就必須實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)[1]，為此他用氦（He）的388.9 nm譜線激勵銫（Cs）原子，觀察到原子能級的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。1940年他在博士論文中首先提出了產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)方法，這一獨(dú)到見解是從愛因斯坦受激輻射理論向構(gòu)思激光器技術(shù)原理邁出的極為重要的一步，因?yàn)樗该髁水a(chǎn)生激光的最重要條件。

1947年4月拉姆（又譯為蘭姆，Willis Eugene Lamb，Jr.，1913.07.12—2008.05.15，1955PH21）和美國物理學(xué)家雷瑟福（Robert Curtis Retherford，1912—1981）通過波譜學(xué)實(shí)驗(yàn)方法發(fā)現(xiàn)氫原子的亞穩(wěn)態(tài)及其光譜線不是單一的黑線，而是由一些不連續(xù)的非常接近的譜線系列組成，后來人們把氫原子光譜的這種雙線結(jié)構(gòu)稱為拉姆位移（Lamb shift）。在他倆發(fā)表關(guān)于氫原子光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)的著名論文的一個附注中指出通過粒子數(shù)反轉(zhuǎn)可以期望實(shí)現(xiàn)感應(yīng)輻射（induced emission），即受激輻射。[2～3]他倆的興趣只是在氫原子的精細(xì)結(jié)構(gòu)方面，并沒有把負(fù)吸收和自持振蕩聯(lián)系起來，僅是在論文中添加一個附注而已，故將此說成是受激輻射的第一個實(shí)證是不妥當(dāng)?shù)摹?950年拉姆明確提出氣體放電中的電子碰撞可以改變粒子的集居數(shù)。

粒子數(shù)反轉(zhuǎn)這一思想至關(guān)重要，然而當(dāng)時在人們的心目中，認(rèn)為這是不可思議的。因?yàn)樵跓崞胶鈼l件下，低能級粒子數(shù)總是比高能級粒子數(shù)多，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)就必須破壞熱平衡，故粒子數(shù)反轉(zhuǎn)思想當(dāng)時并未引起人們的重視。

1948年珀塞爾有意識地研究了磁場中各子能級的集居數(shù)。1950年珀塞爾和美國物理學(xué)家龐德（Robert Vivian Pound，1919.05.16加拿大安大略省—2010.04.12）利用微波波譜學(xué)的方法研究氟化鋰（LiF）晶體中原子核磁矩構(gòu)成的順磁體系，為了更進(jìn)一步地弄清楚磁共振信號的來源和增強(qiáng)微波信號，他倆特意采用突然反向靜磁場法。當(dāng)外磁場極性改變比核自旋—晶格弛豫時間短得多時，出現(xiàn)了鋰原子（Li7）核自旋體系集居數(shù)的反轉(zhuǎn)，發(fā)生了負(fù)吸收現(xiàn)象，意外地觀察到頻率為50 kHz的受激輻射。這是受激輻射首次直接被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，也直接給出了受激輻射發(fā)生的前提是要實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。為了解釋這種現(xiàn)象，珀塞爾和龐德首先提出“負(fù)溫度”（negative temperature）概念，并把粒子數(shù)反轉(zhuǎn)稱為“負(fù)溫度”狀態(tài)。[4]負(fù)溫度不是表示比絕對零度還低的溫度，而是描述從零到正無窮的開氏溫標(biāo)所不能描述的狀態(tài)。

光泵浦（optical pumping，“泵浦”系英文pump的音譯，又意譯為“抽運(yùn)”）是指用光將粒子中的電子從低能級激發(fā)到高能級（即受激吸收）而產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。光泵浦的磁共振是由核磁共振演化而來的。1947年發(fā)現(xiàn)拉姆位移以后，1949年美國磁學(xué)家比特（Francis Bitter，1902—1967）建議可把射頻波譜技術(shù)擴(kuò)展到原子激發(fā)態(tài)方面的研究。此前磁共振實(shí)驗(yàn)一般是在凝聚態(tài)中粒子處于熱平衡狀態(tài)下進(jìn)行的，激發(fā)態(tài)的磁共振則從未有人做過。光磁雙共振是將光共振和磁共振結(jié)合起來，使粒子光學(xué)頻率的共振與射頻/微波（即赫茲波）頻率的磁共振同時發(fā)生的一種物理現(xiàn)象，1949—1950年布羅塞爾（Jean Brossel，1918.08.15—2003.02.04）[5]和卡斯特勒合作提出光磁雙共振的實(shí)驗(yàn)設(shè)想[6～7]，1950年布羅塞爾在比特的指導(dǎo)下首次取得光磁共振實(shí)驗(yàn)的成功，不過還不能探測原子的定向[8]，同年卡斯特勒又提出：采用圓偏振光激發(fā)原子，使原子的角動量發(fā)生變化，激發(fā)原子到高能級，即改變原子在基態(tài)某一子能級的集居數(shù)，從而首先提出光泵浦理論和實(shí)驗(yàn)方案。1952年布羅塞爾和卡斯特勒等初步取得光泵浦實(shí)驗(yàn)的成功[9]，其后即觀察到多光子共振現(xiàn)象，1955年他們終于取得光泵浦鈉原子磁共振實(shí)驗(yàn)的成功。[10]因光泵浦法是利用光輻射來改變光子的能級集居數(shù)，是最早實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的有效方法，是Maser向Laser演進(jìn)的重要推手，在歷史上是一項(xiàng)重大技術(shù)突破，對激光的發(fā)明和發(fā)展發(fā)揮過重要作用（1960年梅曼的首臺激光器正是利用光泵浦技術(shù)來實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的），故卡斯特勒常被贊譽(yù)為“激光之祖（激光之父）”。[11～12]

1959年貝爾實(shí)驗(yàn)室（自牛津大學(xué)克拉倫登實(shí)驗(yàn)室來此休假8個月）英國物理學(xué)家桑德爾斯（John H.Sanders）和美國物理學(xué)家賈范（Ali Mortimer Javan，1926.12.26伊朗德黑蘭—，1962年和1963年各獲1次諾物獎提名）率先分別提出在氣體系統(tǒng)中通過選擇性電子碰撞激發(fā)來實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)[13～14]，這一思想后來被激光開拓者所采用。

2.6 微波激射器（Maser）

微波激射器的全稱是受激輻射微波放大器Maser（microwave amplification by stimulated emission of radiation，音譯為脈塞或脈澤，此英文縮略詞1951年由湯斯首創(chuàng)），脈塞Maser（屬微波，不可見光）是激光Laser（light amplification by stimulated emission of radiation，直譯為受激輻射光放大器，音譯為萊塞或萊澤，其波長范圍涵蓋可見光和不可見光）的先驅(qū)。Laser是將Maser原理從微波頻段推廣到光波頻段的自然產(chǎn)物，兩者都是基于受激輻射會帶來放大效應(yīng)的原理。Maser具有十分穩(wěn)定的振蕩頻率，適宜于制作波譜儀和原子鐘。

微波波譜學(xué)和分子光譜學(xué)是“二戰(zhàn)”時期為研制微波振蕩器（系雷達(dá)核心部件）以提高雷達(dá)性能應(yīng)運(yùn)而生的，Maser的發(fā)明則是基于對微波波譜學(xué)和分子光譜學(xué)的研究而產(chǎn)生的。分子光譜包括轉(zhuǎn)動光譜、振動光譜和分子電子光譜三大類。

在原子系統(tǒng)中，通過受激輻射有可能獲得微波振蕩和放大（即微波激射）。1951年春湯斯到華盛頓參加一個由海軍組織的亞毫米波學(xué)術(shù)討論會，與肖洛同住富蘭克林公園賓館的一間客房，4月26日因起床早，餐廳未開門而又不想打擾同伴休息，于是獨(dú)自外出坐在賓館附近富蘭克林公園的長椅上靜心遐思，突然一個獨(dú)辟蹊徑的念頭在其頭腦中閃過，豁然開朗就構(gòu)思出實(shí)現(xiàn)微波受激放大的可能性：擯棄電子學(xué)的傳統(tǒng)觀念，設(shè)想用分子體系來實(shí)現(xiàn)微波放大，首先分離出分子束系統(tǒng)中的高能級和低能級，然后把高能級分子饋入諧振腔保持自持振蕩并放大，使處于微波激發(fā)態(tài)的氨分子數(shù)大于處在低能級的氨分子數(shù)，這樣就會發(fā)生受激輻射。湯斯將微波的相干性和放大結(jié)合起來，促成了Maser的問世。量子放大器（又稱激射器）是指利用受激輻射原理使某些工作物質(zhì)激勵而具有量子放大或發(fā)射電磁波性能的器件，在微波頻段稱為微波量子放大器（Maser），在光波頻段則稱為光波量子放大器（Laser）。光放大器現(xiàn)一般分為光纖放大器和半導(dǎo)體光放大器兩類。

1952年在渥太華舉行的電子管研究大會（Conference on Electron Tube Research，會期：06.16～17）由加拿大籍德國裔物理化學(xué)家和光譜學(xué)家赫茲伯格（1971CH，被譽(yù)為Father of molecular spectroscopy，即分子光譜學(xué)之父）主持，馬里蘭大學(xué)微波波譜實(shí)驗(yàn)室美國物理學(xué)家約瑟夫·韋伯（Joseph Weber，1919.05.17—2000.09.30，1962年和1963年各獲1次諾物獎提名）在大會上做了《在非熱平衡態(tài)下微波輻射的放大》的報(bào)告，首先公開提出Maser原理（其講演全文1年后發(fā)表[15]）：利用受激輻射誘發(fā)粒子放大微波必須破壞熱平衡，其輻射脈沖是相干的。盡管韋伯的方法后來并未全部實(shí)現(xiàn)，但它對湯斯產(chǎn)生過積極影響。

在美國軍方合同的資助下，1951年年底湯斯小組[成員還有湯斯的博士生詹姆斯·戈登（James Power Gordon，1928.03.20—2013.06.21，1963年獲1次諾物獎提名）和博士后齊格爾（Herbert Jack Zeiger，1925.03.16—2011.01.14，其博導(dǎo)是拉比，博士論文涉及分子束領(lǐng)域），齊格爾離開哥倫比亞大學(xué)后不久由中國學(xué)者王天眷接替]開始工作，他們選用氨分子束作為工作物質(zhì)，利用分子受激輻射原理產(chǎn)生了噪聲極低的單色相干微波輻射，于1954年1月30日研制成功世界上首臺新型微波振蕩器——氨分子微波激射器Maser，其共振頻率為23.87 GHz圖4 湯斯（左）、戈登和齊格爾（未在場）等制成的第二臺Maser（波長1.25 cm，下同），功率極低（～10 nW），首次觀察到氨分子反演譜線的精細(xì)結(jié)構(gòu)，這是實(shí)驗(yàn)室內(nèi)最早觀察到的微波分子輻射譜。[16～17]同年7月湯斯小組制成具有2個微波放大器的第二臺Maser（見圖4。據(jù)考證，照片中詹姆斯·戈登身后的人就是王天眷先生）。氨分子Maser的長期穩(wěn)定度不高，并未走向?qū)嵱没鳛槭讉€量子電子學(xué)器件具有重要的歷史意義和價(jià)值，Maser的成功實(shí)驗(yàn)成為Laser的理論先導(dǎo)。1956年湯斯正式提出Maser能被無線電波甚至被光波所泵浦，即將Maser原理拓展到光波，這是激光原理首次被直接描述。

前蘇聯(lián)物理學(xué)家巴索夫和普羅霍羅夫小組一直致力于分子振蕩器及其光譜的研究，探索利用微波波譜學(xué)方法建立頻率和時間的標(biāo)準(zhǔn)，這就需要人為地改變能級的集居數(shù)以增加波譜儀的靈敏度。巴索夫和普羅霍羅夫在1952年5月舉行的全蘇無線電波譜學(xué)大會（All-Union Conference on Radio-Spectroscopy）上首先提出得到Maser受激粒子的另一種可能途徑：在具有3ELS和4ELS的粒子系統(tǒng)中，利用高頻電磁波實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，在高能級和居間能級或居間能級和低能級之間的躍遷頻率有可能得到量子放大和自持振蕩。1953年1月在全蘇核磁矩會議上他倆提交的論文《在微波波譜學(xué)中利用分子束》更詳細(xì)地闡明了這一思想。巴索夫和普羅霍羅夫?qū)Ψ肿邮谖⒉úㄗV學(xué)中的利用進(jìn)行過深入的理論分析，1954年10月他倆聯(lián)名發(fā)表文章（此文可視為是量子電子學(xué)的開山之作）指出：[18]通過一個非均勻磁場，可將分子束中處于不同能級的各種類型的分子彼此分開，而處于特定能級的分子可被引導(dǎo)到一個微波諧振腔內(nèi)，在腔內(nèi)產(chǎn)生吸收或放大，定量地分析了Maser運(yùn)轉(zhuǎn)的具體條件。巴索夫和普羅霍羅夫獨(dú)立研制成功的氨分子束低噪聲量子振蕩器和放大器（即Maser）比1954年1月湯斯小組晚幾個月運(yùn)轉(zhuǎn)。湯斯小組以及巴索夫和普羅霍羅夫小組在幾乎相同的時間內(nèi)獨(dú)立地對Maser作出開創(chuàng)性工作，兩組人的思路基本相同，前者首先在實(shí)驗(yàn)上獲得成功，而后者則首先奠定了其理論基礎(chǔ)（正式發(fā)表論文時間領(lǐng)先）。1955年巴索夫和普羅霍羅夫利用量子力學(xué)對氟化銫（CsF）分子振蕩器和放大器進(jìn)行理論分析[19]，不久普羅霍羅夫還把氨分子Maser的工作波長減小到亞毫米級，把頻率提高了1～2個數(shù)量級。文獻(xiàn)[20]和文獻(xiàn)[21]P186關(guān)于“1952年巴索夫及其博士生導(dǎo)師普羅霍羅夫研制成功世界上第一臺微波激射器”的描述有誤，1952年僅是他倆提出Maser設(shè)計(jì)思路和方案的時間，為此特予以訂正。1955年巴索夫和普羅霍羅夫合作提出多能級光泵浦理論可實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，即提出初步的激光器原理和設(shè)計(jì)方案。[22～23]同年普羅霍羅夫把注意力轉(zhuǎn)向順磁共振Maser，在幾年內(nèi)研究出一系列順磁晶體的順磁共振和弛豫特性，1958年制成順磁Maser。

布洛姆伯根對Maser/Laser的研究也作出過重要貢獻(xiàn)，1956年獨(dú)立地提出3能級泵浦法的新構(gòu)思（這是3能級和4能級激光理論的基礎(chǔ)），詳細(xì)地計(jì)算了獲得“負(fù)溫度”的條件，并建議利用順磁材料（如Ni-Zn氟硅酸鹽和Ga-La乙基硫酸釓鹽）中的塞曼能級可做成可調(diào)諧的3ELS固體Maser。[24～25]1957年年貝爾實(shí)驗(yàn)室物理學(xué)家斯柯維爾（Henry Evelyn Derrick Scovil，1923.07.25加拿大不列顛哥倫比亞省維多利亞市—2010.05.11美國華盛頓州Townsend港）小組根據(jù)這個原理，利用順磁摻釓離子（Gd3+）的氰化鉀晶體研制成功3ELS可調(diào)諧順磁固體Maser[26]，同年賈范也獨(dú)立地提出3ELS Maser方案。[27]1957年末哈佛大學(xué)Gordon McKay實(shí)驗(yàn)室布洛姆伯根小組和密歇根大學(xué)工程研究院馬可霍夫（George Makhov）小組發(fā)明了紅寶石固體Maser（9060 MHz）[28～29]，它們彌補(bǔ)了氨分子Maser的不足（如感應(yīng)頻率窄、可調(diào)諧范圍小和不能連續(xù)運(yùn)行等）。至此，使厘米波和分米波的高靈敏度接收成為可能，并很快被用作于射電天體物理學(xué)、雷達(dá)和宇宙通信靈敏的低噪聲前置放大器。巴索夫、普羅霍羅夫和布洛姆伯根的多能級創(chuàng)新性思維為微波激射器的發(fā)展和激光器的誕生指明了方向。

應(yīng)用最廣的Maser是1960年拉姆齊小組發(fā)明的氫原子Maser（即氫原子鐘，簡稱氫鐘），其輸出頻率是1420405751.767±0.002 Hz（相應(yīng)的波長是21.10611405413 cm），對應(yīng)于氫原子基態(tài)2個超精細(xì)能級之間的躍遷頻率。[30]氫原子Maser輸出頻率的準(zhǔn)確度（其不確定度高達(dá)10-14數(shù)量級）和穩(wěn)定度都極高，可用作于頻率和時間基準(zhǔn)。

2.7 激光的誕生

1954年普林斯頓大學(xué)物理學(xué)家迪克（Robert Henry Dicke，1916.05.06—1997.03.04）首先提出“超發(fā)光”（superradiance，又譯為超輻射）和“光彈”（optical bomb）的設(shè)想，其中包含著粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的思想。所謂超發(fā)光，是指短促的激勵脈沖過后，由于自發(fā)輻射會產(chǎn)生強(qiáng)烈的光束。1956年迪克在其專利申請書“分子放大和發(fā)生的系統(tǒng)和方法”[31]中就已提出運(yùn)用法布里—珀羅干涉儀FPI（Fabry-Pérot Interferometer，簡稱F-P干涉儀，1897年[32]，又稱法布里—珀羅標(biāo)準(zhǔn)具，法國物理學(xué)家法布里是美國富蘭克林學(xué)會頒發(fā)的1921年富蘭克林獎?wù)碌弥鳎┳鳛楣夥糯笾C振腔的設(shè)想，且建立不求助于反射（2年后肖洛和湯斯提出的諧振腔方案采用了2面平行反射鏡）而在近紅外或可見光頻段產(chǎn)生相干受激輻射的新穎獨(dú)創(chuàng)思想。

1957年10月，時兼任貝爾實(shí)驗(yàn)室顧問的湯斯訪問了貝爾實(shí)驗(yàn)室，其妹夫肖洛1951—1960年在那里工作，倆人興趣相投、交談甚歡，相約密切合作、各取所長、共同攻關(guān)，其合作成果是1958年12月15日聯(lián)名發(fā)表了著名的具有獨(dú)到見解的論文《紅外區(qū)和光激射器》[33]，首次提出將微波激射原理擴(kuò)展到紅外和可見光區(qū)的可能性，這是激光發(fā)展史上最具重要意義的經(jīng)典文獻(xiàn)，實(shí)質(zhì)上提出了完備的激光原理（即激光器的物理模型），奠定了現(xiàn)代激光的基礎(chǔ)，催生了激光器的誕生。該文不僅給出了受激輻射光產(chǎn)生的必要條件，而且提出了以鉀蒸氣為工作物質(zhì)、鉀燈為泵浦源的紅外激射器詳細(xì)設(shè)計(jì)方案（此方案實(shí)際上無法實(shí)現(xiàn)正常工作），還論證了以法布里—珀羅干涉儀作為側(cè)壁完全開放式諧振腔選模以減少過剩波型和自發(fā)輻射的機(jī)制。

1958年普羅霍羅夫也指出：法布里—珀羅標(biāo)準(zhǔn)具可用作從亞毫米波直至可見光波段的開放式諧振腔。[34]巴索夫是半導(dǎo)體激光器的重要開拓者之一。世界科技界高度評價(jià)湯斯、巴索夫和普羅霍羅夫的原始創(chuàng)新思想，認(rèn)為這是1960年激光器產(chǎn)生的物理基礎(chǔ)。1959年9月14～16日湯斯主持了紐約國際量子電子學(xué)和共振現(xiàn)象會議（International Conference on Quantum Electronics and Resonance Phenomena，即首屆國際量子電子學(xué)會議），巴索夫和普羅霍羅夫受邀參會，大會上科學(xué)家們提交的激光器設(shè)計(jì)方案就有幾十種，翌年湯斯主編的本次研討會論文集《量子電子學(xué)》（Quantum Electronics：A Symposium）由哥倫比亞大學(xué)出版社出版。至此，以量子電子學(xué)的研究為基礎(chǔ)，把微波量子放大器擴(kuò)展到光波波段的理論基礎(chǔ)和技術(shù)已基本完備，為激光的誕生鋪平了道路?？茖W(xué)家們因此而紛紛加入到光激射器的研制熱潮中。

美國物理學(xué)家和工程師梅曼[Theodore Harold ″Ted″ Maiman，1927.07.11—2007.05.05，1962年獲1次諾物獎提名，1983年獲沃爾夫物理學(xué)獎，1987年獲日本國際獎，被譽(yù)為“光電產(chǎn)業(yè)之父”（Father of the electro-optics industry）]師從博導(dǎo)拉姆教授進(jìn)行原子光譜的研究，1955年獲斯坦福大學(xué)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)PhD，其博士學(xué)位論文是《利用微波和光的雙共振研究氦原子激發(fā)態(tài)的精細(xì)結(jié)構(gòu)》（Microwave-Optical Investigation of the Triplet-3P Fine Structure in Helium）。1955—1961年就職于美國加州休斯飛機(jī)公司休斯研究實(shí)驗(yàn)室（Hughes Research Labs）量子電子學(xué)部（1961年梅曼及7位同事離開休斯實(shí)驗(yàn)室加入新成立的Quantatron公司，次年創(chuàng)辦激光器制造公司Korad Solid State并自任總裁，1968年Korad被Union Carbide收購），最早進(jìn)行了毫米波振蕩器的研究，還從事過紅寶石Maser的研究。1960年梅曼首先撰文指出肖洛1959年9月所斷言紅寶石不適宜于產(chǎn)生激光的錯誤（關(guān)于紅寶石的量子效率，肖洛得到～1%的結(jié)論是錯誤的，實(shí)際上應(yīng)在～75%）[35]，接著他及其助理德漢寧（Irnee DHaenens，1934.02.03—2007.12.24）和阿薩瓦（Charles Asawa）大體按照肖洛和湯斯1958年的設(shè)計(jì)構(gòu)思，僅使用5萬美元“獨(dú)立研究和發(fā)展經(jīng)費(fèi)”，于同年5月16日獲得了人類歷史上的第一束激光（694.3 nm），開啟了激光時代。激光被稱為“人造神光”、“最亮的光”、“最準(zhǔn)的尺”、“最快的刀”和“奇異之光”。同年7月7日[次日《紐約時報(bào)》頭版以《被科學(xué)家放大的光》（Light amplification claimed by scientist）為題予以報(bào)道]休斯公司在紐約曼哈頓Delmonico賓館舉行的一個新聞發(fā)布會上宣布：梅曼研制成功（淡）紅寶石激光器并公開演示了這一設(shè)備，還給與會人員分發(fā)了介紹研究成果的單行本，這是得到公認(rèn)的世界上第一臺激光器（屬非連續(xù)運(yùn)行脈沖輸出激光器），其工作物質(zhì)是摻鉻紅寶石晶體（Al2O3∶Cr3+-Cr2O3），3ELS光泵浦采用閃光氙燈（由GE公司生產(chǎn)的FT506螺旋管石英燈，原本用于航空攝影）橢圓漫射照明。[36～38]梅曼將發(fā)明激光的根本性突破寫成短文于6月22日投稿于《物理評論快報(bào)》雜志，24日就被該刊主編、美國和荷蘭理論物理學(xué)家（雙重國籍）古茲密特（Samuel Abraham Goudsmit，1902.07.11—1978.12.04，1925年與烏倫貝克合作發(fā)現(xiàn)電子自旋[39]）所拒絕，因?yàn)樗`以為梅曼的論文仍是關(guān)于Maser發(fā)展方面的，沒有發(fā)表價(jià)值，且當(dāng)時該刊已有太多Maser技術(shù)方面的論文等待審稿，故梅曼只好精簡后改投更有影響的英國《自然》雜志，這次立即就被接受并順利發(fā)表。當(dāng)時一名參加新聞發(fā)布會的記者未經(jīng)作者許可就私自將單行本寄給《英國通信與電子》雜志，也被順利發(fā)表。[40～41]在得知梅曼激光實(shí)驗(yàn)的成功消息之后，貝爾實(shí)驗(yàn)室美國物理學(xué)家柯林斯（Robert John Collins，1924—2014.07.19）小組于8月1日重復(fù)了紅寶石激光的實(shí)驗(yàn)，證實(shí)梅曼在紅寶石中得到的光具有相干性，從而確認(rèn)受激輻射產(chǎn)生了激光。[42]Maser和Laser的發(fā)明不僅開創(chuàng)了本領(lǐng)域的基礎(chǔ)性研究，而且大大拓寬了宏觀和微觀物理學(xué)的視界。

在應(yīng)用光學(xué)家王大珩[1915.02.26—2011.07.21，1955年當(dāng)選為中國科學(xué)院學(xué)部委員（院士），1994年當(dāng)選為中國工程院院士，“兩彈一星功勛獎?wù)隆鲍@得者，被譽(yù)為“中國光學(xué)之父”]院士的主持和領(lǐng)導(dǎo)下，1961年9月中科院長春光學(xué)精密機(jī)械研究所物理學(xué)家王之江（1930.11.21—，1991年當(dāng)選為中科院院士，被譽(yù)為“中國激光之父”）和鄧錫銘（1930.10.29—1997.12.20，1993年當(dāng)選為中科院院士）等人創(chuàng)制出中國第一臺激光器[43～44]，其工作物質(zhì)是摻釹紅寶石晶體，光泵浦采用直管狀脈沖氙燈球形成像照明（其效率高于螺旋管狀脈沖氙燈漫射照明），光諧振腔采用獨(dú)特的半外腔式結(jié)構(gòu)，與梅曼激光器的結(jié)構(gòu)迥然不同。1961年7月日本電氣公司（NEC）久保田觀治等人研制出紅寶石激光器[45]，中國的首臺激光器比前蘇聯(lián)早2個月，從而使得中國成為世界上第3個擁有激光器的國家。[46～47]

2.8 激光技術(shù)主要發(fā)展歷程簡述

紅寶石激光器發(fā)明后不到半年，1960年11～12月IBM托馬斯·沃森研究中心（IBM Thomas John Watson Research Center）物理學(xué)家索洛金（Peter P.Sorokin，1931.07.10—）和史蒂文森（Mirek J.Stevenson）發(fā)明了世界上第二臺和第三臺4ELS閃光氙燈FT503泵浦的激光器，即摻鈾氟化鈣（CaF2∶U3+）激光器（2.500 μm）和摻釤氟化鈣（CaF2∶Sm2+）激光器（0.7085 μm）[48～49]，晶體必須冷卻到液氦溫度（沸點(diǎn)-268.93 ℃，0 K=-273.15 ℃）才能運(yùn)轉(zhuǎn)，這2種固體激光器并未被實(shí)用。同年12月貝爾實(shí)驗(yàn)室肖洛小組研制成功深紅寶石激光器（700.9 nm）[50～51]，當(dāng)月12日16∶20分貝爾實(shí)驗(yàn)室賈范、班尼特（William Ralph Bennett，Jr.，1930.01.30—2008.06.29）和赫里奧特（Donald Richard Herriott，1928.02.04—2007.11.08）采用低氣壓放電方法實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，共同發(fā)明了采用4K液氦冷卻的4ELS電泵浦（非光泵浦）氦氖激光器（1.1523 μm），這是世界上首臺可連續(xù)輸出激光束的激光器。[52]截至1960年年底，世界上至少已有4種不同類型的5臺激光器運(yùn)行成功。1962年貝爾實(shí)驗(yàn)室艾倫·懷特（Alan D.White）和里格登（Jameson Dane Rigden）開發(fā)出首臺射頻激勵的氦氖激光器（0.6328 μm）[53]，這是當(dāng)今實(shí)驗(yàn)室里最常用的紅光激射源和標(biāo)準(zhǔn)激光器（氦氖激光器的其他2種波長1.1523 μm和3.3913 μm并不常用）。1964年拉姆提出了氣體激光的半經(jīng)典自洽理論，成功地解釋了氣體激光功率曲線中心出現(xiàn)的凹陷現(xiàn)象，后稱拉姆凹陷（Lamb dip），為氣體激光的飽和吸收穩(wěn)頻技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。1972年英國國家物理實(shí)驗(yàn)室率先研制出633 nm碘穩(wěn)頻氦氖激光光頻標(biāo)準(zhǔn)。1985年美國Melles Griot公司首次推出全內(nèi)腔綠光氦氖激光器（543 nm）。

1961年貝爾實(shí)驗(yàn)室物理學(xué)家亞瑟·?？怂梗ˋrthur Gardner Fox，1912.11.22—1992.11.24）以及美籍華裔物理學(xué)家和光纖通信專家厲鼎毅（Tingye Li，1931.07.07南京—2012.12.27猶他州Snowbird，被譽(yù)為“DWDM之父”，1996年中國工程院首批7名外籍院士之一）合作討論了激光諧振腔模型的不同橫向模式，考慮了正方形和圓形平面鏡法布里—珀羅諧振腔中電磁場的衍射效應(yīng)，進(jìn)一步地完善和豐富了光諧振腔理論。[54]同年貝爾實(shí)驗(yàn)室加里·博伊德（Gary D.Boyd）和詹姆斯·戈登首先闡明了共焦腔（confocal optical resonator）的高斯模式理論[55]，次年加里·博伊德和科格爾尼克（Herwig Kogelnik，1932.06.02奧地利Graz—）予以改進(jìn)和完善而提出擴(kuò)展高斯模式理論。[56]

1961年9月貝爾實(shí)驗(yàn)室約翰森（Leo F.Johnson）和納桑（Kurt Nassau，1927.08.25—2010.12.18）小組利用摻釹鎢酸鈣（CaWO4∶Nd3+）發(fā)明了首臺可連續(xù)運(yùn)行的4ELS光泵浦釹玻璃激光器（1.064 μm，另一種波長為1.054 μm），在室溫下獲得脈沖激光。[57～58]同年10月美國光學(xué)公司斯尼特茲（Elias Snitzer，1925.02.27—2012.05.24）博士利用摻雜2%氧化釹的鋇鈣玻璃也研制出4ELS釹玻璃激光器。[59]同年12月貝爾實(shí)驗(yàn)室唐納德·納爾遜（Donald F.Nelson）和博伊爾（2009PH32）合作發(fā)明了首臺可連續(xù)運(yùn)行的紅寶石激光器。[60]釹玻璃激光器的研制成功開創(chuàng)了具有廣闊用途的稀土玻璃激光器研究之先河。1961年斯尼特茲首先建議把激光器和光纖結(jié)合起來[61]，次年貝爾實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家克蘭曼（David Allmond Kleinman）等人首次實(shí)現(xiàn)在激光腔內(nèi)采用F-P反射鏡進(jìn)行模式選擇。[62]1964年凱斯特（Charles J.Koester）和斯尼特茲報(bào)道在沒有終端反射涂層的情況下，利用盤繞的線性閃光燈泵浦摻釹玻璃光纖放大器，在長1 m的光纖中將激光脈沖放大了5萬倍。[63]光纖放大器是光通信的關(guān)鍵技術(shù)，本來玻璃激光器和光纖是兩碼事，只不過是殊途同歸而已。光纖的基質(zhì)材料是玻璃，向光纖中摻雜稀土類元素離子使之激活而制成光纖激光器。玻璃激光器是現(xiàn)代光纖激光器的先驅(qū)，但限于當(dāng)時的技術(shù)條件，其研究進(jìn)展相對緩慢。1987年英國南安普敦大學(xué)物理學(xué)家佩恩（Sir David Neil Payne，CBE，F(xiàn)RS，F(xiàn)REng，1944.08.13—）小組發(fā)明了摻鉺光纖放大器EDFA（erbium-doped fiber amplifier，1.536 μm，其信號增益為26 dB）[64]，它的應(yīng)用可免除光—電—光的中繼轉(zhuǎn)換而實(shí)現(xiàn)光的實(shí)時放大，能提高傳輸質(zhì)量并大大減少長距離光纖傳輸?shù)某杀?，為現(xiàn)代光通信商業(yè)化奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于光通信和高能激光中。1996年日本科學(xué)家開發(fā)出單模摻釹光纖放大器NDFA（neodymium-doped fiber amplifier），在1.06 μm處獲得60 nm的增益帶寬，其信號增益大于20 dB，噪聲為3 dB[65]，NDFA具有泵浦閾值低、噪聲系數(shù)小和摻雜濃度高等優(yōu)點(diǎn)。

光纖激光器還是激光武器研究的一種候選方案，也是用作受控?zé)岷司圩兊闹饕蜻x光源。激光受控?zé)岷司圩兊膬纱髮?shí)驗(yàn)研究途徑是：①磁約束核聚變MCF（magnetic confinement fusion）；②慣性約束核聚變ICF（inertial confinement fusion），另有包括磁化目標(biāo)核聚變在內(nèi)的非常規(guī)核聚變（unconventional fusion）途徑。隨著激光技術(shù)的興起，ICF這一新概念被提出。早在1961年，巴索夫和克羅辛（Oleg Nikolaevich Krokhin，1932.03.14—）就開始考慮用強(qiáng)激光實(shí)現(xiàn)受控核聚變的可能性并著手研究激光核聚變所必需的物理前提、激光技術(shù)和制靶技術(shù)，1963年他們在巴黎第3屆國際量子電子學(xué)會議IQEC（International Quantum Electronics Conference，會期：2月11～15日）上首先提出激光核聚變思想：采用高功率脈沖激光輻射聚變?nèi)剂习校锌赡墚a(chǎn)生高溫高密度等離子體，達(dá)到點(diǎn)燃熱核反應(yīng)的條件，從而實(shí)現(xiàn)人工核聚變反應(yīng)。[66]1964年普林斯頓大學(xué)等離子體物理實(shí)驗(yàn)室美國計(jì)算物理學(xué)家約翰·道森（John Myrick Dawson，1930.09.30—2001.11.17）獨(dú)立提出類似思想[67]，同年10月4日中國核物理學(xué)家王淦昌（1907.05.28—1998.12.10）完成《利用大能量大功率的光激射器產(chǎn)生中子的建議》的開創(chuàng)性論文（1987年才正式發(fā)表）[68]，亦獨(dú)立地提出“激光與含氘物質(zhì)發(fā)生作用，使之產(chǎn)生中子”的激光核聚變思想。1968年巴索夫小組利用大功率激光轟擊氘化鋰（LiD）平面靶首次獲得少量熱核中子輸出。[69]直到1972年5月“氫彈之父”愛德華·特勒（Edward Teller，1908.01.15—2003.09.09）公開向心聚爆理論，激光核聚變才迅速成為各大國的重點(diǎn)軍事研究項(xiàng)目。在以放大啁啾脈沖為基礎(chǔ)的超大功率激光器出現(xiàn)后，科學(xué)家們提出了激光核聚變的新概念—快速點(diǎn)火。世界上規(guī)模最大、能量最高的激光聚變裝置——國家點(diǎn)火裝置NIF（National Ignition Facility）于2009年5月29日在勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室LLNL（Lawrence Livermore National Laboratory，1952年9月創(chuàng)建，由UCB負(fù)責(zé)管理，愛德華·特勒是其倡導(dǎo)者）舉行落成典禮。

全球最大的光纖激光器和光纖放大器制造商IPG Photonics由物理學(xué)家加蓬賽夫（Valentin Pavlovich Gapontsev，1939.02.23莫斯科—，被譽(yù)為“光纖激光器工業(yè)之父”）博士于1990年創(chuàng)辦并自任CEO，該跨國公司的總部現(xiàn)設(shè)在美國馬薩諸塞州伍斯特縣（Worcester county）牛津鎮(zhèn)（Oxford town）。IPG Photonics公司2002年報(bào)道：研制成功輸出功率為2 kW（其最大衍射極限輸出功率為100 W）的多模光纖激光器，可用于焊接鋁和鋼構(gòu)件。該公司2009年報(bào)道：研制成功輸出功率為10 kW的單模光纖激光器，并已建立50 kW多模激光用于激光武器試驗(yàn)。

1961年密歇根大學(xué)物理學(xué)家弗蘭肯（Peter Alden Franken，1928.11.10—1999.03.11，被譽(yù)為“非線性光學(xué)之父”）小組將紅寶石脈沖激光（694.3 nm）通過石英晶體，紅光變成了綠光，觀察到347.2 nm的倍頻光，這是最早發(fā)現(xiàn)的二階非線性光學(xué)效應(yīng)（即二次諧波）和可調(diào)諧現(xiàn)象[70]，稍后又發(fā)現(xiàn)和頻現(xiàn)象，激光器的發(fā)明對物理學(xué)理論的最大貢獻(xiàn)也許就是導(dǎo)致非線性光學(xué)的誕生。光的倍頻、變頻和混頻都是典型的非線性光學(xué)現(xiàn)象。同年貝爾實(shí)驗(yàn)室德國實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家凱瑟（Wolfgang Kaiser，1925.07.17—）等人利用紅寶石激光器照射摻銪離子（Eu2+）的氟化鈣（CaF2）晶體時首次發(fā)現(xiàn)了雙光子激射現(xiàn)象[71]，普里特查德小組（1974年[72]）和亨施小組（1975年[73]）各自獨(dú)立地創(chuàng)立了消多普勒雙光子光譜學(xué)。1962年福特汽車公司特休恩（Robert William Terhune，1926—2014.11.20）小組在方解石上觀察到紅寶石脈沖激光輻射的三次諧波[74]，1965年他及其同事保羅·麥克爾（Paul D.Maker）首次發(fā)現(xiàn)相干反斯托克斯拉曼光譜CARS（coherent anti-Stokes Raman spectroscopy）。[75]拉曼（1930PH）激光器是基于受激拉曼散射原理，通過它能夠得到固體激光器不能直接發(fā)射的波長。內(nèi)腔式全光纖拉曼激光器是由一種單向光纖環(huán)（即環(huán)形波導(dǎo)腔）構(gòu)成，腔內(nèi)的信號是被泵浦光直接放大而無須實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)（QCL和OPO也無須實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)）。1962年休斯研究實(shí)驗(yàn)室伍德伯里（Eric J.Woodbury）小組在研究以硝基苯作Q開關(guān)紅寶石激光器的克爾盒（Kerr cell）時，偶然發(fā)現(xiàn)了受激拉曼散射現(xiàn)象，由此而發(fā)明了拉曼激光器（Raman laser）。[76～77]腔中無克爾盒時，確實(shí)只有694.3 nm譜線；一旦加上硝基苯克爾盒，則另有767.0 nm譜線出現(xiàn)，后來證實(shí)它是硝基苯所特有的，對應(yīng)于硝基苯振動躍遷的一級斯托克斯受激拉曼散射譜線。1963年湯斯小組對受激拉曼散射的物理機(jī)制和主要參量進(jìn)行了深入研究。[78]電光效應(yīng)分為2種：①一級電光效應(yīng)：指折射率的變化與外加場強(qiáng)成正比（如壓電晶體等），1893年由德國晶體物理學(xué)家普克爾斯（Friedrich Carl Alwin Pockels，1865—1913）首先預(yù)期，后在石英等晶體中得到證實(shí)，故又稱普克爾斯效應(yīng)（Pockels effect）。②二級電光效應(yīng)（又稱二階非線性電光效應(yīng)）：指折射率的變化與外加場強(qiáng)的平方成正比（如氣體、液體和玻璃態(tài)固體等），1875年由蘇格蘭物理學(xué)家克爾（John Kerr，F(xiàn)RS，1824—1907）首先在玻璃上發(fā)現(xiàn)，故又稱克爾電光效應(yīng)或直流克爾效應(yīng)，另有交流克爾效應(yīng)（克爾光學(xué)效應(yīng)），兩者可統(tǒng)稱為克爾效應(yīng)（Kerr effect）。斯托克斯（Sir George Gabriel Stokes，1st Baronet，F(xiàn)RS，1819—1903）是英國數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家。2004年加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）電子工程師率先報(bào)道研制成功硅基拉曼激光器（硅中一階拉曼效應(yīng)的波長峰值發(fā)生在1675 nm處，通過級聯(lián)的拉曼效應(yīng)可將輸出波長拓展到中紅外波段），他們采用由光纖制成的8 m環(huán)形激光腔，以硅作為增益介質(zhì)實(shí)現(xiàn)了硅基拉曼激光輸出。[79]

1961年激光器就開始面市銷售，同年11月關(guān)于激光治療的2篇論文同時發(fā)表在《科學(xué)》雜志[80～81]，當(dāng)月22日紐約哥倫比亞長老會醫(yī)學(xué)中心（Columbia-Presbyterian Medical Center）哈克尼斯眼科研究所（Edward Stephen Harkness Eye Institute）將紅寶石激光器產(chǎn)生的激光應(yīng)用于治療視網(wǎng)膜脫落并獲得成功[82]，這是激光首次被應(yīng)用于臨床。1968年該中心埃斯佩蘭斯（Francis A.LEsperance，Jr.）醫(yī)學(xué)博士首次采用氬離子激光器完成糖尿病導(dǎo)致視網(wǎng)膜病變的異常血管修補(bǔ)手術(shù)。[83]激光技術(shù)還被應(yīng)用于殺滅視網(wǎng)膜腫瘤、角膜移植和治療青光眼等。匈牙利醫(yī)生梅斯特（Endre Mester，1903—1984，被譽(yù)為“LLLT之父”）是低功率激光生物學(xué)效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)者和激光醫(yī)學(xué)的先驅(qū)，1967年他開始進(jìn)行激光對皮膚癌影響的實(shí)驗(yàn)研究，進(jìn)而發(fā)明低能量激光療法LLLT（low level laser therapy）。

激光發(fā)明后科學(xué)家們就立即開始將半導(dǎo)體材料作為其工作物質(zhì)的研究，1961年法國國家電信研究中心（CNET）伯納德（Maurice G.A.Bernard）和杜拉福格（Georges/Guillaume Duraffourg）首先提出在半導(dǎo)體中實(shí)現(xiàn)受激輻射的必要條件：對應(yīng)于非平衡電子，空穴濃度的準(zhǔn)費(fèi)米能級差必須大于受激輻射能量，并建議采用III—V族化合物半導(dǎo)體。[84]1962年是半導(dǎo)體激光器突飛猛進(jìn)的一年，當(dāng)年GE研究實(shí)驗(yàn)室、IBM托馬斯·沃森研究中心[85]和MIT林肯實(shí)驗(yàn)室[86]3個研究小組幾乎同時報(bào)道研制成功在77 K液氮（沸點(diǎn)-195.79 ℃）低溫條件下輸出微秒（1 μs=10-6 s）級脈沖的GaAs半導(dǎo)體激光器，這是在光通信、光存儲和光泵浦等領(lǐng)域邁出的具有里程碑意義的重要一步：GE研究實(shí)驗(yàn)室工程師和應(yīng)用物理學(xué)家羅伯特·霍耳（Robert Noel ″Bob″ Hall，1919.12.25—）小組采用直接帶隙（理論上能高效產(chǎn)生受激輻射）GaAs半導(dǎo)體材料，利用擴(kuò)散技術(shù)在GaAs內(nèi)形成p-n同質(zhì)結(jié)，于9月16日發(fā)明了同質(zhì)結(jié)注入式GaAs半導(dǎo)體激光器——激光二極管（LD，0.84 μm）[87]，這是現(xiàn)代光電子產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。第一代LD存在很多缺陷，其實(shí)用意義并不大，但其基本理論和實(shí)踐探索對半導(dǎo)體激光器的發(fā)展仍具積極意義。1967年貝爾實(shí)驗(yàn)室加拿大物理學(xué)家戴門特（John C.Dyment，1938.06.07—）利用Ⅱα型天然金剛石制備出用于GaAs LD散熱用的金剛石熱沉，并用該熱沉首次實(shí)現(xiàn)了條形雙異質(zhì)結(jié)LD的室溫連續(xù)運(yùn)行。[88]據(jù)筆者所知，文獻(xiàn)[89]中至少存在以下3個方面的錯誤：①將美國物理學(xué)會（APS）主辦的《物理評論快報(bào)》PRL（Physical Review Letters，1958年7月1日創(chuàng)刊）和美國物理聯(lián)合會AIP（American Institute of Physics，1931年成立，總部設(shè)在馬里蘭州College Park，出版中心現(xiàn)設(shè)在紐約州Melville，2010年6月17日在北京成立首個國際辦公室）主辦的《應(yīng)用物理學(xué)快報(bào)》APL（Applied Physics Letters，1962年9月1日創(chuàng)刊）這2種不同的刊物混為一談；②表1中將第4篇文章的出版日期誤為1962年12月15日（實(shí)為同年12月1日）；③表1中誤將發(fā)光二極管（LED）當(dāng)成半導(dǎo)體激光器看待。

1957年日本東北大學(xué)（仙臺市）物理學(xué)家和教育家西澤潤一（Jun-ichi Nishizawa，1926.09.12—）首先提出p-n結(jié)注入式半導(dǎo)體激光器理論并申請日本專利[90]，專利名“半導(dǎo)體Maser”相當(dāng)于“半導(dǎo)體Laser”，故他是半導(dǎo)體激光器的先驅(qū)。1958年7月7日巴索夫小組獲得前蘇聯(lián)量子力學(xué)半導(dǎo)體振蕩器和電磁振蕩放大器的發(fā)明證書（No.10453，前蘇聯(lián)實(shí)行發(fā)明者證書與專利并存的雙軌制）。[91]在1959年9月紐約國際量子電子學(xué)和共振現(xiàn)象會議上，巴索夫從理論上提出：采用脈沖電場中電流載流子的雪崩增殖法在半導(dǎo)體中可實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而獲得相干輻射。1960年巴索夫小組對半導(dǎo)體激射器從機(jī)理上進(jìn)行了透徹的理論研究，提出激勵半導(dǎo)體激光器的3種方法：[92]①光泵浦法（用紅寶石激光激勵半導(dǎo)體）；②快電子束泵浦法；③應(yīng)用高度摻雜簡并（doped degenerate）半導(dǎo)體中的p-n結(jié)，采用電流直接泵浦法以實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，此方法后來被證明是成功有效的。1962年巴索夫小組制成注入式半導(dǎo)體激光器，次年制成強(qiáng)電子束激勵的半導(dǎo)體激光器。早期半導(dǎo)體激光器都是同質(zhì)結(jié)型（單結(jié)型），只能在低溫下以脈沖方式運(yùn)行。1963年克勒默在IEEE年會上首先提出（單）異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器的原理[93]，前蘇聯(lián)國家科學(xué)院列寧格勒（現(xiàn)圣彼得堡）約飛物理技術(shù)研究所（1918年成立）阿爾費(fèi)羅夫和卡扎林諾夫（Rudolf Feodor Kazarinov，1933—）獨(dú)立地在其專利申請書中描述了同樣的原理。[94]其實(shí)質(zhì)是把一個窄帶隙半導(dǎo)體材料夾在2個寬帶隙半導(dǎo)體材料之間，從窄帶隙半導(dǎo)體中產(chǎn)生高效率輻射，這個設(shè)想很大程度上取決于異質(zhì)結(jié)材料的生長工藝。IBM托馬斯·沃森研究中心德國物理學(xué)家魯普雷希特（Hans Stefan Rupprecht，1930.03.19—2010.12.09）和美國發(fā)明家伍德爾（Jerry M.Woodall，1938—）小組致力于GaAlAs半導(dǎo)體材料的研究，他們采用液相外延LPE（liquid phase epitaxy，epitaxy又譯為“磊晶”。1963年由新澤西州普林斯頓RCA實(shí)驗(yàn)室赫伯特·納爾遜發(fā)明[95]）技術(shù)在GaAs襯底上生長出鎵鋁砷（GaAlAs），1967年報(bào)道了首個實(shí)用的晶格匹配的異質(zhì)結(jié)[96]，這是半導(dǎo)體激光器發(fā)展史上邁出的重要一步。1969年貝爾實(shí)驗(yàn)室美國物理化學(xué)家潘尼希（Morton/Mort B.Panish，1929.04.08—）和日本物理學(xué)家林嚴(yán)雄（Izuo Hayashi，1922.05.01—2005.09.26）小組研制成功GaAlAs/GaAs單異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器SHL（single heterojunction laser），它雖可在室溫下工作，但也只能運(yùn)行于脈沖方式。[97]1970年5月初阿爾費(fèi)羅夫小組研制成功在室溫下輸出連續(xù)波CW（continue wave）的p-GaAs/n-Ga1-xAlxAs/p-Ga1-xAlxAs雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器DHL（double heterojunction laser，～900 nm）[98～99]，比潘尼希小組6月1日實(shí)驗(yàn)成功領(lǐng)先不足1個月。[100]室溫下連續(xù)波半導(dǎo)體激光器的發(fā)明使其徹底告別了液氮溫度，其波段不斷被拓寬，線寬和調(diào)諧性能逐步提高，為實(shí)現(xiàn)光通信商業(yè)化鋪平了道路，是光通信發(fā)展史上的里程碑事件，在半導(dǎo)體激光器的發(fā)展史上亦具有跨時代的重要意義，此后半導(dǎo)體激光器就進(jìn)入了迅猛發(fā)展時期。1975年新澤西州半導(dǎo)體激光實(shí)驗(yàn)室（Diode Laser Labs）推出首款商業(yè)型室溫半導(dǎo)體激光器。1976年MIT林肯實(shí)驗(yàn)室美籍華裔科學(xué)家謝肇金（James Jim Hsieh）小組研制成功1.25 μm的長波長室溫InGaAsP半導(dǎo)體激光器，壽命達(dá)1500 h。[101～102]

參考文獻(xiàn)：

[1]V.A.Fabrikant.“The emission mechanism of a gas discharge”in Trudy（Proceedings）of VEI（The All-Union Electro-Technical Institute）[J].Electronic and Ionic Devices，1940，41：236-296.

[2]Willis E.Lamb，Jr.，Robert C.Retherford.Fine structure of the hydrogen atom by a microwave method[J].Physical Review，1947.08.01，72（3）：241-243.

[3]Willis E.Lamb，Jr.，Robert C.Retherford.Fine structure of the hydrogen atom.Part I[J].Physical Review，1950.08.15，79（4）：549-572.

[4]E.M.Purcell，R.V.Pound.A nuclear spin system at negative temperature[J].Physical Review，1951.01.15（Received 1950.11.01），81（2）：279-280.

[5]袁永康.法國量子光學(xué)學(xué)派奠基人布羅塞爾[J].國外科技動態(tài)，2003（6）：30-31.

[6]J.Brossel，A.Kastler.La détection de la résonance magnétique des niveaux excites：Leffet de dépolarisation des radiations de résonance optique et de fluorescence[J].Comptes Rendus Hebdomadaires Des Seances De LAcademie Des Sciences，1949，229：1213-1215.

[7]Alfred Kastler.Quelques suggestions concernant la production optique et la détection optique dune inégalité de population des niveaux de quantification spatiale des atoms：Application lexpérience de Stern et Gerlach et la résonance magnétique[J].Journal de Physique et le Radium，1950，11（6）：255-265.

[8]J.Brossel，F(xiàn).Bitter，A new “double resonance” method for investigating atomic energy levels.Application to Hg3P1[J].Physical Review，1952.05.01，86（3）：308-316.

[9]Jean Brossel，Alfred Kastler，Jacques Michel Winter.Gréation optique dune inégalité de population entre les sous-niveaux Zeeman de létat fondamental des atomes[J].Journal de Physique et le Radium，1952，13（12）：668.

[10]林木欣.卡斯特勒和光磁共振[J].物理實(shí)驗(yàn)，1985，5（6）：239-242，238.

[11][法國]Alfred Kastler.微波激射器與激光器的誕生[J].張明科，譯，蔡惟泉，校.國外激光，1987（1）：9-11.

[12]Alfred Kastler.Birth of the laser and maser[J].Nature，1985.07.25，316（6026）：307-309.

[13]J.H.Sanders.Optical maser design[J].Physical Review Letters，1959.07.15（Received 1959.06.02），3（2）：86-87.

[14]A.Javan.Possibility of production of negative temperature in gas discharges[J].Physical Review Letters，1959.07.15（Received 1959.06.03），3（2）：87-89.

[15]J.Weber.Amplification of microwave radiation by substances not in thermal equilibrium[J].IEEE Transactions of the IRE Professional Group on Electron Devices（PGED-3），1953.06，1（3）：1-4.

[16]J.P.Gordon，H.J.Zeiger，C.H.Townes.Molecular microwave oscillator and new hyperfine structure in the microwave spectrum of NH3[J].Physical Review，1954.07.01（Received 1954.05.05），95（1）：282-284.

[17]J.P.Gordon，H.J.Zeiger，C.H.Townes.The maser—new type of microwave amplifier，frequency standard，and spectrometer[J].Physical Review，1955.08.15（Received 1955.05.04），99（4）：1264-1274.

[18]N.G.Basov，A.M.Prokhorov.Application of molecular beams for radio spectroscopic investigation of rotational spectra in molecules[J].USSR：Zh.Eksp.Teor.Fiz.，1954，27（4）：431-438.

[19]N.G.Basov，A.M.Prokhorov.The theory of a molecular oscillator and a molecular power amplifier[J].Doklady Akademii Nauk SSSR（=Proceedings of the Academy of Science，即蘇聯(lián)科學(xué)院學(xué)報(bào)），1955，101（1）：47-49.

[20]1964年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者巴索夫去世[EB/OL].[2001-07-04].http：//news.xinhuanet.com/st/2001-07/04/content_11267.htm，2015-10-24.

[21]朱安遠(yuǎn)，朱婧姝，郭華珍.20世紀(jì)最偉大的科學(xué)巨匠——阿爾伯特·愛因斯坦（上）[J].中國市場（物流版），2013，20（42）：180-188.

[22]王明常，盛虞琴.微波激射器和激光器的誕生[J].自然雜志，1979，2（12）：775-778.

[23]N.G.Basov，A.M.Prokhorov.About possible methods for obtaining active molecules for a molecular oscillator[J].USSR：Zh.Eksp.Teor.Fiz.，1955，28（2）：249-250.

[24]N.Bloembergen.Proposal for a new type solid state maser[J].Physical Review，1956.10.15，104（2）：324-327.

[25]Nicolaas Bloembergen.Uninterrupted amplification key stimulated emission of radiation from a substance having three energy states[P].US2909654，1959.10.20/1956.10.15.

[26]H.E.D.Scovil，G.Feher，H.Seidel.Operation of a solid state maser[J].Physical Review，1957.01.15，105（2）：762-763.

[27]A.Javan.Theory of a three-level maser[J].Physical Review，1957.09.15，107（6）：1579-1589.

[28]J.O.Artman，N.Bloembergen，S.Shapiro.Operation of a three-level solid-state maser at 21 cm[J].Physical Review，1958.02.15（Received 1957.12.26），109（4）：1392-1393.

[29]George Makhov，Chihiro Kikuchi，John Lambe，Robert W.Terhune.Maser action in ruby[J].Physical Review，1958.02.15（Received 1958.01.02），109（4）：1399-1400.

[30]H.M.Goldenberg，D.Kleppner，N.F.Ramsey，Jr..Atomic hydrogen maser[J].Physical Review Letters，1960.10.15，5（8）：361-362.

[31]R.H.Dicke.Molecular amplification and generation systems and methods[P].US2851652，1958.09.09/1956.05.21.

[32]Charles Fabry，Alfred Pérot.Sur les franges des lames minces argentées et leur application a la mesure de petites épaisseurs dair[J].Annales de chimie et de physique，1897，12：459-501.

[33]A.L.Schawlow，C.H.Townes.Infrared and optical masers[J].Physical Review，1958.12.15（Received 1958.08.26），112（6）：1940-1949.

[34]A.M.Prokhorov.Molecular amplifier and generator for sub-millimeter waves[J].俄文版USSR：Zh.Eksp.Teor.Fiz.（Zhurnal Eksperimentalnoi i Teoreticheskoi Fiziki），1958.06，34：1658-1659.；英文版JETP（Journal of Experimental and Theoretical Physics），1958.12，7（4）：1140-1141.

[35]T.H.Maiman.Optical and microwave-optical experiments in ruby[J].Physical Review Letters，1960.06.01（Received 1960.04.22），4（11）：564-566.

[36]T.H.Maiman.Stimulated optical radiation in ruby[J].Nature，1960.08.06，187（4736）：493-494.

[37]T.H.Maiman.Stimulated optical emission in fluorescent solids I：theoretical considerations[J].Physical Review，1961.08.15，123（4）：1145-1150.

[38]T.H.Maiman，R.H.Hoskins，I.J.DHaenens，Charles K.Asawa，V.Evtuhov.Stimulated optical emission in fluorescent solids II：Spectroscopy and stimulated emission in ruby[J].Physical Review，1961.08.15，123（4）：1151-1157.

[39]G.E.Uhlenbeck，S.Goudsmit.Ersetzung der Hypothese vom unmechanischen Zwang durch eine Forderung bezüglich des inneren Verhaltens jedes einzelnen Elektrons[J].Naturwissenschaften，1925，13（47）：953-954.

[40]T.H.Maiman.Optical maser action in ruby[J].British Communications and Electronics，1960.09，7（9）：674-676.

[41]Donald F.Nelson，Robert J.Collins，Wolfgang Kaiser.Bell Labs and the ruby laser[J].Physics Today，2010，63（1）：40-45.

[42]R.J.Collins，D.F.Nelson，A.L.Schawlow，W.L.Bond，C.G.B.Garrett，W.Kaiser.Coherence，narrowing，directionality，and relaxation oscillations in the light emission from ruby[J].Physical Review Letters，1960.10.01（Received 1960.08.26），5（7）：303-305.

[43]王之江.紅寶石光量子放大器[J].物理學(xué)報(bào)，1964，20（1）：63-71.

[44]鄧錫銘，王之江.光學(xué)量子放大器[J].科學(xué)通報(bào)，1961，6（11）：25-29.

[45][日本]霜田光一.激光二十年[J].黃振國，譯，張榮康，校.國外激光，1982，19（2）：32-38.

[46]陳崇斌，孫洪慶.歷盡艱辛 銳意創(chuàng)新——中國第一臺紅寶石激光器的研制[J].中國科技史雜志，2009，30（3）：347-357.

[47]王之江.淺談中國第一臺激光器的誕生[J].中國激光，2010，37（9）：2188-2189.

[48]P.P.Sorokin，M.J.Stevenson.Stimulated infrared emission from trivalent uranium[J].Physical Review Letters，1960.12.15（Received 1960.11.28），5（12）：557-559.

[49]P.P.Sorokin，M.J.Stevenson.Solid-state optical maser using divalent samarium in calcium fluoride[J].IBM Journal of Research and Development，1961.01（Received 1960.12.09），5（1）：56-58.

[50]A.L.Schawlow，G.E.Devlin.Simultaneous optical maser action in two ruby satellite lines[J].Physical Review Letters，1961.02.01（Received 1960.12.19），6（3）：96-98.

[51]Irwin Wieder，Lynn R.Sarles.Stimulated optical emission from exchange-coupled ions of Cr+3 in Al2O3[J].Physical Review Letters，1961.02.01（Received 1960.12.19），6（3）：95-96.

[52]A.Javan，W.R.Bennett，Jr.，D.R.Herriott.Population Inversion and continuous optical maser oscillation in a gas discharge containing a He-Ne mixture[J].Physical Review Letters，1961.02.01（Received 1960.12.30），6（3）：106-110.

[53]A.D.White，J.D.Rigden.Continuous gas maser operation in the visible[J].Proceedings of the IRE（correspondence），1962.07，50（7）：1697.

[54]A.G.Fox，Tingye Li.Resonant modes in a maser interferometer[J].Bell System Technical Journal，1961.03.01，40（2）：453-488.

[55]G.D.Boyd，J.P.Gordon.Confocal multimode resonator for millimeter through optical wavelength masers[J].Bell System Technical Journal，1961.03.01，40（2）：489-508.

[56]G.D.Boyd，H.Kogelnik.Generalized confocal resonator theory[J].Bell System Technical Journal，1962.07.01，41（4）：1347-1369.

[57]L.F.Johnson，K.Nassau.Infrared fluorescence and stimulated emission of Nd3+ in CaWO4[J].Proceedings of the IRE（correspondence），1961.11，49（11）：1704-1706.

[58]L.F.Johnson，G.D.Boyd，K.Nassau，R.R.Soden.Continuous operation of a solid-state optical maser[J].Physical Review，1962.05.15（Received 1961.12.15），126（4）：1406-1409.

[59]E.Snitzer.Optical maser action of Nd3+ in a barium crown glass[J].Physical Review Letters，1961.12.15（Received 1961.11.06），7（12）：444-446.

[60]D.F.Nelson，W.S.Boyle.A continuously operating ruby optical maser[J].Applied Optics，1962.01.01，1（S1）：99-101.

[61]E.Snitzer.Proposed fiber cavities for optical masers[J].Journal of Applied Physics，1961.01.01，32（1）：36-39.

[62]D.A.Kleinman，P.P.Kisliuk.Discrimination against unwanted orders in the Fabry-Perot resonator[J].Bell System Technical Journal，1962.03，41（2）：453-462.

[63]Charles J.Koester，Elias Snitzer.Amplification in a fiber laser[J].Applied Optics，1964.10.01，3（10）：1182-1186.

[64]R.J.Mears，L.Reekie，I.M.Jauncey，D.N.Payne.Low-noise erbium-doped fibre amplifier operating at 1.54 μm[J].Electronics Letters，1987，23（19）：1026-1028.

[65]Tetsuya Miyazaki，Keizo Inagaki，Yoshio Karasawa，Minoru Yoshida.High-power Nd-doped double-clad fiber amplifier at 1.06 μm[J].SPIE Proceedings 2699，F(xiàn)ree-Space Laser Communication Technologies VIII，1996.01.27：254-265.

[66]N.G.Basov，O.N.Krokhin.The conditions of plasma heating by the optical generator radiation[A].Editors：P.Grivet，N.Bloembergen.Proceedings of the 3rd International Conference on Quantum Electronics，Paris，1963.02.11～15[C].Paris：Dunod diteur and New York：Columbia University Press，1964：1373.

[67]J.M.Dawson.On the production of plasma by giant pulse lasers[J].Physics of Fluids，1964.07，7（7）：981.

[68]王淦昌.利用大能量大功率的光激射器產(chǎn)生中子的建議[J].中國激光，1987，14（11）：641-645.

[69]N.G.Basov，P.Kriukov，S.Zakharov，Yu.Senatsky，S.Tchekalin.Experiments on the observation of neutron emission at a focus of high-power laser radiation on a lithium deuteride surface[J].IEEE Journal of Quantum Electronics，1968，4（11）：864-867.

[70]P.A.Franken，Alan E.Hill，C.W.Peters，G.Weinreich.Generation of optical harmonics[J].Physical Review Letters，1961.08.15（Received 1961.07.21），7（4）：118-119.

[71]W.Kaiser，C.G.B.Garrett.Two-photon excitation in CaF2：Eu2+[J].Physical Review Letters，1961.09.15（Received 1961.08.28），7（6）：229-231.

[72]D.Pritchard，J.Apt，T.W.Ducas.Fine structure of Na 4d2D using high-resolution two-photon spectroscopy[J].Physical Review Letters，1974.03.25，32（12）：641-642.

[73]T.W.Hnsch，S.A.Lee，R.Wallenstein，C.Wieman.Doppler-free two-photon spectroscopy of hydrogen 1S-2S[J].Physical Review Letters，1975.02.10，34（6）：307-309.

[74]R.W.Terhune，P.D.Maker，C.M.Savage.Optical harmonic generation in calcite[J].Physical Review Letters，1962.05.15，8（10）：404-406.

[75]P.D.Maker，R.W.Terhune.Study of optical effects due to an induced polarization third order in the electric field strength[J].Physical Review，1965，137（3A）：A801-A818.

[76]E.J.Woodbury，Won K.Ng.Ruby laser operation in the near IR（infrared）[J].Proceedings of the IRE（correspondence），1962.11，50（11）：2367-2368.

[77]Gisela Eckhardt，R.W.Hellwarth，F(xiàn).J.McClung，S.E.Schwarz，D.Weiner，E.J.Woodbury.Stimulated Raman scattering from organic liquids[J].Physical Review Letters，1962.12.01，9（11）：455-457.

[78]E.Garmire，F(xiàn).Pandarese，C.H.Townes.Coherently driven molecular vibrations and light modulation[J].Physical Review Letters，1963，11（4）：160-163.

[79]Ozdal Boyraz，Bahram Jalali.Demonstration of a silicon Raman laser[J].Optics Express，2004，12（21）：5269-5273.

[80]Leonard R.Solon，Raphael Aronson，Gordon Gould.Physiological implications of laser beams[J].Science，1961.11.10，134（3489）：1506-1508.

[81]Milton M.Zaret，Goodwin M.Breinin，Herbert Schmidt，Harris Ripps，Irwin M.Siegel，Leonard R.Solon.Ocular lesions produced by an optical maser（laser）[J].Science，1961.11.10，134（3489）：1525-1526.

[82]C.J.Koester，E.Snitzer，Charles J.Campbell，M.C.Rittler.Experimental laser retinal coagulator[J].Journal of the Optical Society of America，1962.05.01，52（5）：607.

[83]F.A.LEsperance，Jr..An opthalmic argon laser photocoagulation system：design，construction，and laboratory investigations[J].Transactions of the American Ophthalmological Society，1968，66：827-904.

[84]M.G.A.Bernard，G.Duraffourg.Laser conditions in semiconductors[J].Physica Status Solidi B-basic Solid State Physics，1961（Received 09.26），1（7）：699-703.

[85]Marshall I.Nathan，William P.Dumke，Gerald Burns，F(xiàn)rederick H.Dill，Jr.，Gordon Lasher.Stimulated emission of radiation from GaAs p-n junctions[J].Applied Physics Letters，1962.11.01（Received 1962.10.06），1（3）：62-64.

[86]Ted M.Quist，Robert H.Rediker，R.J.Keyes，W.E.Krag，Benjamin Lax，A.L.McWhorter，Herb J.Zeigler.Semiconductor maser of GaAs[J].Applied Physics Letters，1962.12.01（Received 1962.10.23，F(xiàn)inal form 1962.11.05），1（4）：91-92.

[87]Robert N.Hall，Gunther E.Fenner，J.D.Kingsley，T.J.Soltys，R.O.Carlson.Coherent light emission from GaAs junctions[J].Physical Review Letters，1962.11.01（Received 1962.09.24），9（9）：366-368.

[88]J.C.Dyment.Hermite-Gaussian mode patterns in GaAs junction lasers[J].Applied Physics Letters，1967，10（3）：84-86.

[89]康靜，李艷平.中國第一代半導(dǎo)體激光器的研制[J].中國科技史雜志，2014，35（1）：32-40.

[90]Y.Watanabe（渡邊寧），J.Nishizawa.Semiconductor maser[P].JP273217，1957.04.22.

[91]N.G.Basov，B.M.Vul，Yu.M.Popov.Quantum-mechanical semi-conductor oscillators and amplifiers of electromagnetic oscillations.Authors certificate No.10453，the priority of July 7，1958[J].USSR：Zh.Eksp.Teor.Fiz.，1959，37（2）：587-588.

[92]Н.Г.Басов，О.Н.Крохин，Ю.М.Попов.Генерация，усиление и индикация инфракрасного и оптического излучений с помощью квантовых систем[J].успехи физических наук，1960.10，72（2）：161-209.；N.G.Basov，O.N.Krokhin，Yu.M.Popov.Generation，amplification and indication of infrared and optical radiation by means of quantum systems[J].Uspekhi Fizicheskikh Nauk（USSR Journal of Physics），1960.10，72（2）：161-209.

[93]H.Kroemer.A proposed class of hetero-junction injection lasers[J].Proceedings of the IEEE，1963.12，51（12）：1782-1783.

[94]Abram Fedorovich Ioffe Physico-Technical Institute：Zh.I.Alferov，R.F.Kazarinov.Semiconductor laser with electric pumping[P].USSR：Inventors Certificate No.181737，Application No.950840，1963.03.30.

[95]Herbert Nelson.Epitaxial growth from the liquid state and its application to the fabrication of tunnel and laser diodes[J].RCA Review，1963.12，24：603-615.

[96]H.Rupprecht，J.M.Woodall，G.D.Pettit.Efficient visible electroluminescence at 300°K from Ga1-xAlxAs p-n junctions grown by liquid-phase epitaxy[J].Applied Physics Letters，1967，11（3）：81-83.

[97]M.Panish，I.Hayashi，S.Sumski.A technique for the preparation of low-threshold room-temperature GaAs laser diode structures[J].IEEE Journal of Quantum Electronics，1969.04，5（4）：210-211.

[98]Zh.I.Alferov，V.M.Andreev，E.L.Portnoi，M.K.Trukan.AlAs-GaAs heterojunction injection lasers with a low room-temperature threshold[J].Soviet Physics：Semiconductors，1970，3（9）：1107-1110.