激光器的定义

受激辐射1916年，牛顿在阐述普朗克黑体字辐射公式计算的计算中明确提出受激辐射定义，有关毕业论文《辐射的量子理论》发布在达语《物理学年鉴》上。他在玻尔能级基础理论的基本上进一步发展趋势了光量子基础理论，他不仅阐述了辐射的二种方式：自发性辐射和受激辐射，并且也探讨了光量子与分子结构中间的二种相互影响：动能互换和角动量互换。殊不知，牛顿并沒有想起利用受激辐射来完成光的放大。由于依据玻尔兹曼统计分析遍布，平衡态低中能级的颗粒数总比较高能级多，靠受激辐射来完成光的放大事实上是不太可能的。

汤斯（左）和戈登展现微波加热受激辐射放大器

激光器的创造发明

从Maser到Laser1951年，美国哥伦比亚大学的汤斯（Charles Townes）专家教授心血来潮，明确提出利用氨分子汽体放大微波加热辐射的方案设计。1953年12月，汤斯和他的合作方及其学员取得成功研制开发了第一台微波加热受激辐射放大器Maser（microwave amplification by stimulated emission of radiation），工作中在1.25厘米股票波段。以后没多久，她们又从理论上证实能够在电子光学和红外线股票波段完成这类受激放大器，并得出了电子光学受激辐射放大器的取名Laser（light amplification by stimulated emission of radiation），即激光器。

原苏联的巴索夫（Nikolay Basov）和普罗霍洛夫（Aleksandr Prokhorov）单独开展相近的科学研究工作中。汤斯也因而和巴索夫、普罗霍洛夫一起共享了1964年诺贝尔物理学奖。严师出高徒，2020年诺贝尔物理学奖获得者之一根策尔（Reinhard Genzel）的博士研究生协作老师更是汤斯。更有趣的是，激光器在根策尔获诺奖的银河系中心超大型品质超级黑洞有关工作上充分发挥了主导作用，这可能是汤斯自己也没有想起的。

1960年7月7日，美国科学家、伯特试验室的梅曼（Theodore Maiman）依据汤斯等的基础理论创造发明了第一台激光发生器，这时，间距牛顿明确提出受激辐射现有44年。趣味的是，梅曼把他的毕业论文投寄给《物理评论快报》（Physical Review Letters）后，没想到竟遭撤稿！因此梅曼在1960年7月7日在纽约学补报公布了这一信息，没多久又将結果以简讯的方式在Nature上发布。直至第二年，《物理评论》（Physical Review ）才发布他的详尽毕业论文。

激光器的汉语取名字

1961年，中国内地第一台激光发生器在中科院长春光机所由王之江等研制。但那时候我国并沒有激光器一词，我国科技界对Laser的英语翻译各种各样，比如“光的受激辐射放大器”、“光量子放大器”，这种姓名显而易见过长，不利叫法。也有一些译音，如“莱塞”或是“雷射”。

1961年在我国研制开发的第一台绿宝石激光发生器

取名的错乱给科技界、学界产生巨大的麻烦。1964年冬季，我国全国各地第三届光量子放大器学术研究研讨会上海市区举办，科学研究并根据对专业名词的统一汉语翻译和取名。大会举办前，《光受激发射情报》杂志编辑部给我国著名科学家钱学森写了一封信，请他给Laser取一个中文名。没多久，钱学森复信提议取名为“激光器”。这一姓名主要表现出光的本质、又叙述了这种光和传统式光的不一样，“激”最能体现受激产生、高自旋等实际意义。此后，Laser拥有统一的中文名字。

通讯卫星激光测距

自出現至今，激光器就被广泛运用于各个领域。早在七十年代，激光测距就被用在天文学行业。伴随着1969年阿波罗11号登上月球，路面激光测距站就根据阿波罗11号安装 在月球表面的后向反射镜片精确测量精准的地月距离。

安裝在月球表面的波导管

通讯卫星激光测距（SLR）和月球表面激光测距（LLR）应用短脉冲光和最优秀的电子光学信号接收器和定时执行电子产品精确测量从地面站到地球轨道通讯卫星和月球表面上的逆射器列阵的双重航行時间（及其间距）。

通讯卫星激光测距平面图

现如今国际性激光测距服务项目（ILRS）机构的协作观测站遍及全世界，并与世界各国的组织架构互相配合，出示全球卫星和月球表面激光测距数据信息以及相关产品，以适用大地测量学和地质工程科学研究主题活动，及其对维护保养精确的国际性地球的自转和参照服务程序（IERS）。

ILRS搜集、合拼、归档和派发充足精确的通讯卫星激光测距和月球表面激光测距观察数据，以考虑普遍的科学研究、工程项目、实际操作运用和试验的总体目标。ILRS应用这种数据来形成很多科学研究和实际操作数据产品，包含：地球上方位主要参数、ILRS追踪系统软件的监测站座标和速率、时变自然地理管理中心座标、地球上重力场的静态数据和时变指数、公分精密度的卫星星历、基础物理常数、月球表面星历和天平秤动、月球表面方位主要参数等。

现阶段，国际性上关键的激光测距网包含美国nasa（NASA）网、欧州网（Eurolas）、西太平洋网（WPLTN）和我国SLR网。

NASA网自二十世纪七十年代起建立，现阶段有9台仪器设备，遍布在美国本土、南太平洋、非洲地区及其加拿大等地，技术性优秀，激光测距高精度，观察总数约占全世界基本运作的40好几个站的一半，长期性处在国际性SLR界的领先水平。Lageos通讯卫星一次激光测距精密度为1－1.5cm(@1000千米，相同)，在其中MOBLAS因为雷达回波很强，高精度，可达7－8mm，处在国际性领先地位。

欧州网创立于1989年，目前18个站，欧州台站的天气状况比不上英国和加拿大，观察总数相对性较少，但在通讯卫星气象预报层面有独到见解，美国RGO（现更名为NERC）的通讯卫星气象预报精密度很高，已普遍用以全世界的SLR站。德国Graz站硬件配置较为优秀，Lageos通讯卫星一次激光测距精密度8mm，欧州第一。

西太平洋SLR网创立于1994年，组员有：我国、日本国、加拿大、乌克兰和沙特，共15个站。日本国Keystonede 在1999年已完成相对稳定的大白天激光测距，激光测距精密度做到1-1.5cm；乌克兰的SLR站许多 ，一次激光测距精密度约4-6厘米。

我国SLR网有五个固定不动站和两个流动站，1971－1972年华北地区光电所（与北京天文台协作）和上海天文台（与上海光机所协作）在中国最开始刚开始SLR实验。第一代系统软件选用绿宝石调Q激光发生器，一次激光测距精密度1－两米。1980年，上海天文台将激光测距精密度提升 到20－30厘米；1983年，由中科院带头，完成一次激光测距精密度15厘米；到1997年，在我国激光测距精密度提高到1-2厘米，做到全球流行水准。

现阶段，我国SLR网由上海天文台、长春市人卫站、云南天文台、北京房山区站、武汉市测地所、武汉市流动站、西安站、克罗地亚站等构成。我国每个台站的激光测距网站安全性逐渐升高，在其中长春市人卫站激光测距数据信息总数与网站安全性长期稳居全球前三。

全年度激光测距观察数奉献状况

近些年，在我国在激光测距层面获得了多种进度。广东医学院与中科院云南天文台协作，升級昆明市的通讯卫星激光测距系统软件，于2018年1月22日完成我国初次地月距离激光器精准测量，也使在我国变成全世界第五个有着该项工作能力的我国。

另外，我国的激光器观察也在逐渐完成全国内生产制造的，现阶段激光发射器、激光器控制板已完成国内生产制造的并做到全球优秀水准，激光器信号接收器的国内生产制造的也在持续推进，预估2021年能进行设计方案指标值。

2020年9月28日，中科院紫金山天文台和上海天文台协同利用更新改造后的青海省观测站1.两米量子通信光学望远镜，取得成功完成低轨到同步轨道上协作通讯卫星（指星上配有角反射器的通讯卫星）的高精密激光器精确测量，比较远精确测量间距超出4万千米，激光测距精密度好于1厘米。

德令哈量子通信望眼镜激光测距试验

近百年来，生物学家与技术工程师们一起，逐渐表明了激光器的神密面具。激光的应用也从专业领域逐渐迈向大家日常生活，不论是ipad上安裝的激光器监控摄像头還是自动驾驶轿车应用的激光测距，都预兆着激光器在未来可能拥有 更普遍的发展趋势和运用。

批注

黄星旻 中科院紫金山天文台博士生。

鹿瑶 中科院紫金山天文台尤其科学研究助手。