1951 年的一个春天，美国哥伦比亚大学物理系的查尔斯·汤斯（Charles H. Townes）坐在纽约布莱恩公园的一条长椅上，正为会议议题苦苦思索。那时的微波光谱实验精度受限，他希望找到一种能让微波信号被"放大"的新方法。就在那一刻，他忽然想起了爱因斯坦在 1917 年提出的"受激辐射"概念------当一个激发态原子受到频率相同的光子作用时，会发射出一个与入射光完全相同的光子。几十年来，这个过程被认为只是理论上的存在，而汤斯决定让它成为现实。
经过三年的努力，1954 年 4 月，他和学生 Gordon、Zeiger 研制出了世界上第一台分子束氨微波放大器------MASER（Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation）。那一刻，量子世界的"放大"第一次在实验室中出现。相关成果发表于 Physical Review（95, 282--284, 1954），这台装置后来被称为"激光的前传"。
然而，汤斯并未止步于微波。1958 年，他与妹夫、贝尔实验室的阿瑟·肖洛（Arthur L. Schawlow）合作，发表论文《Infrared and Optical Masers》（Physical Review 112, 1940--1949, 1958），首次提出利用两面反射镜形成光学谐振腔，使光在腔中多次反射放大，从而实现"光学受激辐射放大"。这篇论文描绘了激光的理论蓝图------一种能够发出相干光的装置。
当时，全世界多家实验室都在尝试实现这一构想。贝尔实验室、哥伦比亚大学、苏联列别杰夫研究所纷纷开展实验，选择了复杂的气体或晶体体系。与之形成鲜明对比的，是加州休斯研究所的西奥多·梅曼（Theodore H. Maiman）。
梅曼相信红宝石（Al₂O₃：Cr³⁺）的能级结构足以实现受激辐射，尽管当时几乎所有专家都认为红宝石不可能工作。他用螺旋闪光灯泵浦红宝石棒，在两端镀银形成光学腔体。经过数月反复实验，他在 1960 年 5 月 16 日那天观察到一束持续约 0.5 毫秒的强红光，波长 694.3 纳米。那是世界上第一束激光。
他的论文仅有两页，题为《Stimulated Optical Radiation in Ruby》，发表于 Nature（187, 493--494, 1960；DOI: 10.1038/187493a0）。最初，贝尔实验室的研究者并不相信这是真的，怀疑那只是闪光灯的残余光。然而在数周内，麻省理工、哥伦比亚大学以及苏联的实验团队相继复现了梅曼的结果。怀疑很快消散，一项划时代的技术由此诞生。
梅曼后来在回忆录中写道："那天我并不想创造历史，我只是想让实验工作。"（IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron., 6(6), 1370--1375, 2000）他可能没有预料到，这束红光会改变世界。
1964 年，汤斯与苏联科学家尼古拉·巴索夫（Nikolay Basov）和亚历山大·普罗霍洛夫（Alexander Prokhorov）因"量子放大器与振荡器原理的基础工作"共同获得诺贝尔物理学奖。梅曼虽然因研究所体制与专利争议未能得奖，但在 2000 年被 IEEE 授予"Laser Pioneer Award"。
激光的诞生，不仅仅是制造出一种更亮的光，而是人类第一次能够主动地产生高相干光源。从此，光不再只是被动照亮世界的能量，而成为可精确控制的有力工具。通信、手术、工业加工、原子钟、天体探测......这一切都可以或多或少地追溯到那根红宝石棒的闪光。
"光学史上从未有过哪一天，像 1960 年 5 月 16 日那样重要。那一天，光第一次听从了人类的命令。"------Jeff Hecht，《Beam: The Race to Make the Laser》（Oxford University Press, 2005）。
参考文献
