10月2日，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，2018年诺贝尔物理学奖将授予美国科学家亚瑟·阿斯金（Arthur Ashkin）、法国科学家杰哈·莫罗（Gerard Mourou）以及加拿大女性科学家唐娜·斯特里克兰（Donna Strickland），以表彰他们在激光物理学领域的奠基性工作。

实际上，2018年诺贝尔物理学奖其中一半授予亚瑟·阿斯金（Arthur Ashkin），以表彰他用于光学镊子及其在生物系统中的应用。另一半授予杰哈·莫罗（Gerard Mourou）和唐娜·斯特里克兰（Donna Strickland），以表彰他们生成高强度，超短光脉冲的方法。

虽然此次诺奖颁发给了两个成果，但这两组成果均属于光学领域，并且都是激光的应用。

其实对于激光，大家并不陌生，由于其高定向性、OB欧宝·体育性、高能量、高亮度、相干性好等优点，它在军事、工业、医疗、美容、娱乐等诸多领域均有着重要的作用，如激光探测、激光切割、激光打印机、投影仪、激光笔、用激光做手术等等，可以说是遍布了生活的各个角落。

今年的诺奖获得者的主要科学贡献便是在生物医疗和工业领域激光应用的重大突破，从此次的诺贝尔物理学奖的颁发可见激光对于人类的意义非同小可。

那么，激光是如何产生的呢？为了弄清这个问题，我们首先了解光是如何产生的。

根据量子力学理论，原子中的电子可以处在不同的能级（高能级意味着能量大，低能级意味着能量小），当电子由高能级跳到低能级的时候（这里叫能级跃迁），要释放能量，释放的能量以光子的形式发射出来，从而形成我们宏观上看到的光。光子的能量E=hv，其中h表示普朗克常量，ν是光的频率，红橙黄绿青蓝紫的光子频率依次升高，这意味着能量不同的光子对应着不同颜色的光。

能级跃迁（电子从高能级E₂跃迁到低能级E₁释放出能量为hν的光子）

在实际的材料中，既有处于高能级状态的原子，也有处于低能级的原子。处在高能级的原子是不稳定的，有一定概率自发跃迁到低能级状态，从而释放出光子（这就像是我们在坡顶骑自行车一样，不需要踩就下去了），而处在低能级的原子则会吸收能量，从而跃迁到更高的能级（就像我们骑车上坡一样）。

当一种材料中大部分原子都处于高能级状态的时候，那么整个材料中会有大量的电子跃迁至低能级，释放大量的光子，此时我们会看到这个物质会发光（如烧红的铁块），这个叫做自发辐射。

1917年，爱因斯坦指出：除自发辐射外，处于高能级E₂上的粒子还可以另OB欧宝·体育式跃迁到较低能级。他提出当频率为ν=（E₂-E₁）/h的光子入射时，也会引发粒子以一定的概率，迅速地从能级E₂（高能级）跃迁到能级E₁（低能级），同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子，这个过程称为受激辐射。

从爱因斯坦的理论中可以想象，倘若一个物质有大量的粒子处于高能级E₂状态，当它受到ν=（E₂-E₁）/h的光子入射时，一个粒子受到激发，产生与入射光子属性相同的光子，这两个光子又去激发其它处于E₂状态的粒子，产生四个属性相同的光子，如此循环，物质受到激发而发出的光就会被不断地放大，这种在受激辐射下产生的放大的光就是激光。

激光的英文名是Laser，这个名字其实是5个英文单词的缩写，即LightAmplification byStimulatedEmission ofRadiation，其中文意思即为受激辐射光放大。

但是，激光并非如此简单就能产生。

在自然界的物质中，由于基本都处于热平衡态（物体的统计状态不随时间变化），而平衡态物质中低能级的原子数总是远远多余高能级的原子数，这就导致当物质受到光源刺激时绝大部分的能量被吸收了，所以原子辐射出来的光远远小于被吸收的部分。

为了使得大部分原子处于高能级状态，我们需要人工施加能量地将它们激活，从而实现两个能级的粒子数反转，粒子数反转后的物质成为激活物质。当激励光源通过激活物质时，大量的原子从高能级跃迁到低能级并释放出光子，这使得光的强度大大增加。

光增强了还不够，因为初始辐射出来的光是有很多方向的，而我们需要的是方向集中的高强度的激光。

这时候就需要添加相应的反射镜构成光学谐振腔，在这个腔体内激活物质辐射出来的光被来回反射，再循环地刺激激活物质本身，从而使得光的强度不断增加，最后形成强光束从某一部分反射镜输出，也就成为了我们需要的激光了。

通过调节出射光子的能量，我们可以获得不同颜色的激光。

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