第四十二章，趙老師，幫我發明激光

    “我想要一個東西，”唐華說，“不知道趙老師有沒有空把它做出來。”



    唐華撿起個粉筆頭，在教室的黑板上先寫出了第一行，電子躍遷公式。



    “1917年，愛因斯坦發表論文《關於輻射的量子理論》，他提出光和原子之間的相互作用包含受激吸收、受激輻射和自發輻射。這是個量子力學的理論。但是1927年，狄拉克在試驗中證實了受激輻射的存在。”



    “所以我有一個設想，”唐華說，“既然受激輻射存在，而且它有這樣的一種特性，那為什麼不能用一套儀器，刻意地產生這種受激輻射的光或者說電磁波呢？”



    “處於高能級上的粒子，當有一個頻率恰好為高低能級之差的光子入射時，會引發粒子以一定的概率從高能級躍遷到低能級，同時輻射兩個與外來光子頻率、相位、偏振態以及傳播方向都相同的光子。”對這個愛因斯坦的經典理論，趙老師自然是熟悉的，也撿起一支粉筆在黑板上畫受激輻射的原子模型。



    “對的，”唐華說，“我想到的是，一個光子打在這樣一個粒子上，出來兩個光子，而且這兩個光子頻率方向等等參數都完全一致。”



    唐華在趙老師的模型下又畫了個簡筆畫，“假設有一個容器，裡面充滿了已被加持到高能級的粒子，這時候我射入一個光子，那麼只要頻率合適剛好引發容器裡的粒子的受激輻射，那麼從容器的另一端就會射出一束光，這束光裡所有的光子，頻率、相位、偏振態以及傳播方向都完全相同。”



    “這是有史以來最純的光，”錢教授當然不甘在一旁看著，從趙老師那裡折了半截粉筆，也在黑板上寫自己想到的公式。“了不得，一束光全都只在一個頻率上……”



    “也是方向性最好的光，”唐華補充，“如果是在絕對真空中傳播，它從地球打到月球，光斑的尺寸也不會發生變化。”



    趙老師已經開始在黑板上寫元素週期表上各種原子的電子能級了。



    “氦……氖……可以。”趙老師進入狀態，“波長600多納米，……其實化合物也可以……”



    ……



    太陽落山了，三人在教室裡仍然討論個不休。



    “唐華，我列公式簡單算了一下，做一個容器，讓光子一頭進一頭出是不夠的，光束的放大率不夠，不管這個容器是多長的一個管子。”



    ……



    “那是個理論模型，實際上我想應該是做一個光子會在裡面反覆多次反射的容器，光子就在裡面諧振……”



    ……



    “就像稜鏡一樣讓光在裡面內反射嗎？”



    “這做到了單一頻率和相干光，那麼光的方向一致性如何做呢？”