世界当代科技史-第24章

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法实现粒子数反转的思想，并设计了用法布里——珀罗干涉仪镜片做成的谐　

振腔。他在笔记本上写下了自己的想法，并把光学激射器命名为　LASER　

　（LightAmplication　by　Stimulated　Emission　of　Radiation）。1957年10　

月，古尔德得知汤斯进行类似的工作，于是他连忙请了一位证人将自己的笔　

记签封，以备申辨。由于他的设计未发表，也未及时申请专利，以后他及他　

所在的公司对激光的研究被国防部保密，所以使他处于不利地位。经过长期　

诉讼，1977—1979年，他才取得两个具体项目的专利。直到1987年才得到　

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胜诉。但时光已经过去将近30年了。科学史上同时而又独立作出发现或发明　

的事常有发生，这说明一些重大科技成果，如激光确实是时代的产物，历史　

的必然。　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2。激光器的发展及应用　

　　　　　继红宝石激光器的发明后，其他类型的激光器如雨后春笋般涌现出来，　

激光器的性能也不断提高。从1960年底起，激光被迅速地应用到科研、工业、　

农业、医疗、军事及生活等各个领域，成为新技术革命的一支生力军。　

　　　　　　（1）激光器的发展　

　　　　　1960年12月，贝尔实验室的贾万等人研制成功了氦氖激光器。它第一　

次获得了连续性的激光，而且证明了可以用放电方法产生激光，为激光器的　

发展开拓了多种渠道。自1960年起，在世界范围内掀起了研究激光的热潮。　

首先是对激光工作介质进行普查。20多年中，研制出的激光器种类数以千　

计，但保留下来的性能良好又实用的只有几十种。1961年11月，美国的斯　

尼泽研制成功一种大功率脉冲器件——钕离子激光器。1964年4月，范尤特　

研制成钇铝石榴石激光器。它是唯一能在常温下连续工作并且有较大功率的　

固体激光器，应用范围很广。气体激光器也取得长足进展。1963年，贝尔实　

验室推出汞离子激光器；佩特尔研制成功大功率的二氧化碳激光器。1964　

年，氩离子激光器问世。50年代正是半导体物理学的研究热潮时期，所以半　

导体作为激光工作物质的可能性问题一直受到关注。1962年，美国的霍尔首　

先报道研制成砷化镓半导体激光器，但未能获得实际应用。1970年，贝尔实　

验室的林严雄等人研制成功异质砷化镓激光器，使半导体激光器发展到一个　

新阶段。1966年，美国的索洛金等人研制成氯化铝酞花菁液体染料激光器。　

1967年，可见光的染料激光器开始出现，不久又有了可调式染料激光器。使　

用数种染料可在红光到紫光的可见光区域上得到激光振荡。1970年，巴索夫　

用高能电子激励液氙，制成第一台紫外受激准分子激光器。受激准分子激光　

器的输出波长在紫外或真空紫外区域，发射波长可调，是一种有前途的新激　

光体系。　

　　　　　此后，激光向长波（亚毫米、毫米波段）和短波（紫外真空、X射线、　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
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　　　　　激光从诞生至今，只有短短30多年时间，却产生了这么多种功能各异的　

激光器，发展之迅速，是以往其他技术所无法比拟　

　　　　　　（2）激光技术的应用　

　　　　　激光与普通光源相比，具有高亮度、高单色性、高方向性、高相干性等　

优点。由于激光技术是建立在量子物理学和电子技术、光技术的雄厚基础上，　

所以从发明到应用进展神速，周期比以往任何新技术都要短。电话从发明到　

应用大约为50年，飞机为20年，晶体管缩短为3年，而激光仅为几个月。　

　　　　　1960年12月，氦氖激光器研制成功，第二天科学家们就将它用于电话　

信号的调制和传输。1960年，休斯实验室进行了激光测距实验。1961年，已　

制成了可操作的激光测距仪。1961年，美国三叉戟公司将红宝石激光射到碳　

板上将碳汽化，进行了首次激光钻孔实验。1962年，CO激光器已用于切割　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2　

和焊接；1965年用于集成电路焊接。1962年，CO激光器用于金属表面冲击　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2　

硬化，使工件表面硬化层很薄而硬度很高。同年，钇铝石榴石激光器用于工　

作表面的合金化，形成组织非常精细的合金层。从70年代起，工业的许多方　

面实现了利用激光的常规生产。　

　　　　　利用高单色性并且波长精确可调的激光，可以对同位素能级进行有选择　

的激发，达到分离同位素的目的。1970年，美国的迈耶利用化学反应法，用　

波长为2。7微米的激光进行浓缩氘的实验取得成功。1973年，以色列大学用　

两台可调谐染料激光器和CO的激光器，采用选择性两步光致电离法24小时　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2　

生产同位素铀－235　7克，纯度为60％。1976年，美国利用红外—紫外激光　

离解六氟化铀，得到几毫克铀－235。1977年，原苏联用两步光致电离法实　

现了氘和氢的分离，浓度提高10倍以上。　

　　　　　利用激光方向性好、发散角小等特点，可以用于准直、测距和制导。1969　

年8月，美国用激光对月球测距成功，其误差仅±10厘米左右。激光制导系　

统由激光指示器和目标寻的器两部分组成。激光制导已在军事上应用。1968　

年，美国在侵越战争中就使用了激光制导炸弹。　

　　　　　激光可以作为精确测量长度和时间的自然基准。1974年，勃伦尼等人用　

CO激光器测得光速为299792。459公里／秒。1983年10月，联合国度量衡　

　　2　

组　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1　

织决定把光在真空中的　　　　　　　　　　　　　　秒所走的距离定为一标准“米”。　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　299792458　

　　　　　利用激光相干性好的特点，可以进行全息照相。全息照相原理是英籍匈　

牙利人伽伯1947年提出来的，并获得世界上第一张全息照片，但很模糊。1961　

年，美国的利思和阿伯特内克斯利用激光拍摄成功了第一张全息图。70年代　

以来，全息术迅猛发展，在照相显示、干涉测量、显微术以及信息存贮与处　

理等方面获得广泛应用。　

　　　　在医学上，激光技术已有效地用于治疗多种疾病和改进病症的诊断水　

平。1961年，扎雷特等最早将激光用于眼科，“焊接”脱落的视网膜，获得　

成功。1964年，人们用激光成功进行了外科手术。1972年，美国、德国用　

CO激光器做人体内脏手术、肿瘤切除、脏器修补。1977年，日本把激光用　

　　2　

于脑外科手术。1978年，华盛顿研制的激光手术刀用于皮肤移植。中国在激　

光治疗眼病方面成绩卓著，并对激光针灸、激光照射穴位、经络测定方面作　

了大量研究工作。　

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　　　　　激光武器的研究几乎与激光技术同步发展。60年代，激光武器试验在实　

验室内进行；70年代，进入靶场实验。1978年初，美国用氟化氘激光击落了　

4枚陶式反坦克导弹。1983年，美国安装在波音707喷气飞机上的激光武器，　

使一架A—7海盗式战斗轰炸机向它发射的5枚响尾蛇导弹失灵。这是机载激　

光器第一次成功地使空对空导弹失去效力。1987年9月，在白沙导弹靶场用　

氟氘化学激光器击落了一架模拟巡航导弹飞行的“火烽”靶机，这次实验接　

近于实战。此外，激光致盲武器也被研制出来。现在激光武器还处在可行性　

研究阶段。　

　　　　　激光在农业上可用来育种，作物生长期辐射处理和杀虫，并已取得了显　

著成效，而且有巨大的潜力和广阔的前景。　

　　　　　激光的另外两个重要用途是光通信和激光核聚变。对这两方面本书在其　

他章节叙述。随着激光技术的不断进步，它的应用前景将更加广阔，必将为　

人类做出更多的贡献。　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　3。自动化技术的产生　

　　　　　自古以来，人们就希望制造自动机械。古代的能工巧匠为此发挥了高超　

才智和精妙技艺，做出了杰出贡献。早在3000多年前，中国就发明了一种自　

动计时装置“铜壶滴漏”。此后的“记里鼓车”、指南车以及天衡装置等都　

是古代著名的自动机械。17世纪，欧洲出现了钟表和风车控制装置。18世纪，　

瓦特（1736—1819）在蒸汽机上采用了离心调速装置。这些都为后来的自动　

机械发展积累了经验。到19世纪后期，第一批自动车床开始出现，单机自动　

化形成。　

　　　　　20世纪40年代，为解决火炮射击精度等问题，更多的工程师、学者致　

力于这方面的研究。在总结自动调节器、反馈放大器等控制技术的基础上，　

逐渐形成了调节原理、伺服系统理论，同时制造出具有高精度、快速响应的　

伺服机构的武器装备，为自动化技术的发展奠定了基础。第二次世界大战后，　

这些理论被推广到一般工业生产。1947年，美国的物理学家詹姆斯　（1908　

—）、工程师尼克尔斯和数学家菲利浦合作出版了　《伺服机原理》一书，总　

结了战争中的研究成果。美国应用数学家申农研究了通讯和雷达系统中信息　

传递的共同规律，于1948年发表了《通讯的数学理论》。1949年，维纳发　

表了《控制论》，经典控制理论基本成熟。1954年，中国学者钱学森出版了　

　《工程控制论》，推动了控制理论在工程技术中的运用。同时，自动化也发　

展成为一门独立的科学技术。　

　　　　　经典控制理论是以反馈为核心，处理的对象是具有单一输入和单一输出　

的线性自动调节系统，其结果是实现局部自动化。这种反馈闭环系统可以克　

服受控对象特性变化和各种干扰因素所造成的误差，改善系统的品质，缩短　

控制的过渡过程时间，提高静态和动态精度等。这种方式多用于连续生产过　

程的自动化，如石油、化工、冶金等生产过程。　

　　　　　50年代，自动化技术的主要成就在如下两个方面：　

　　　　　①自动化仪表装置的系列化。50年代初出现了气动单元组合仪表。它将　

整套仪表按其功能和使用要求分成若干独立作用单元。这种仪表具有高度的　

通用性和灵活性，可以将显示操作部分集中在控制室统一管理，便于大规模　

生产，还可以与计算机等现代化设备配合，构成高度集中的控制系统。1956　

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年，电动单元组合仪表问世。由于解决了“危险火花”问题。它可以充分发　

挥电信号在传输放大、变换、测量上的优势，使仪表的功能、精度、可靠性　

都有较大提高。此后发展起来的多功能组装仪表，可以实现各种特殊控制，　

还可以与计算机联接。　

　　　　　②数控技术在机床�

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第24章

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