查爾斯·哈德·湯斯（美國物理學(xué)家，激光之父）

查爾斯·哈德·湯斯（1915年07月28日——2015年01月27日），美國物理學(xué)家。生于南卡羅來納州格林維爾。1935年以人成等成績畢業(yè)于故鄉(xiāng)的福曼大學(xué)。在杜克大學(xué)獲得碩士學(xué)位，然后去西部深造，于1939年在加利福尼亞理工學(xué)院獲得博士學(xué)位。在第二次世界大戰(zhàn)期間以及戰(zhàn)后的幾年中，他在貝實(shí)驗(yàn)室從事雷達(dá)投彈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。 1948年他遇到拉比。拉比建議他去哥倫比亞大學(xué)。這正合湯斯的心愿，遂進(jìn)入哥倫亞大學(xué)物理系。1967年起擔(dān)任加州大學(xué)伯克利分校教授直到去世。2015年01月27日，查爾斯·哈德·湯斯辭世，享年99歲。

課題研究

雷達(dá)技術(shù)涉及到微波的發(fā)射和接收，而微波是指頻譜介于紅外和無線電波之間的電磁波。在哥倫比亞大學(xué)，湯斯以最全面的方式孜孜不倦地致力于這個(gè)課題。 湯斯渴望有一種產(chǎn)生高強(qiáng)度微波的器件。通常的器件只能產(chǎn)生波長較長的無線電波，若打算用這種器件來產(chǎn)生微波，器件結(jié)構(gòu)的尺寸就必須極小，以致于無實(shí)際實(shí)現(xiàn)的可能性。 1951年的一個(gè)早晨，湯斯坐在華盛頓市一個(gè)公園的長凳上等待飯店開門，以便去進(jìn)早餐。這時(shí)他突然想到，如果用分子，而不用電子線路，不是就可以得到波長足夠小的無線電波嗎？分子具有各種不同的振動(dòng)形式，有些分子的振動(dòng)正好和微波波 段范圍的輻射相同。問題是如何將這些振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛洹＞桶狈肿觼碚f，在適當(dāng)?shù)臈l件下，它每秒振動(dòng)24，000，000，000次，因此有可能發(fā)射波長為1.25厘米的微波。 他設(shè)想通過熱或電的方法，把能量泵入氨分子中，使它們處于“激發(fā)“狀態(tài)。然后，再設(shè)想辦法使這些受激的分子處于具有和氨分子的固有頻率相同的微波束中——這個(gè)微波束的能量可以是很微弱的。一個(gè)單獨(dú)的氨分子就會(huì)受到這一微波束的作用，以同樣波長的數(shù)波形式放出它的能量，這一能量對繼而作用于另一個(gè)氨分子，使它也放出能量。這個(gè)很微弱的入射微波束相當(dāng)于立腳點(diǎn)對一場雪崩的促發(fā)作用，最后就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的微波束。最初用來激發(fā)分子的能量就全部轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N特殊的輻射。 湯斯在公園的長凳上思考了所有這一切，并把一些要點(diǎn)記錄在一只用過的信封的反面。（科學(xué)史上又一件帶浪漫色彩的事實(shí)！）1953年12月，湯斯和他的學(xué)生終于制成了按上述原理工作的一個(gè)裝置，產(chǎn)生了所需要的微波束。這個(gè)過程被稱為“受激輻射微波放大”。按其英文的首字母縮寫為M.A.S.E.R,并由之造出了單“maser”（脈澤）（這樣的單詞稱為首字母縮寫詞，在技術(shù)語中越來越普遍使用）。

人物脈澤

有許多有趣的用途。氨分子的振動(dòng)穩(wěn)定而精確，用它那穩(wěn)定精確的微波頻率，可用來測定時(shí)間。這樣，脈澤實(shí)際上就是一種“原子鐘”，它的精度遠(yuǎn)高于以往所有的機(jī)械計(jì)時(shí)器。 脈澤還可以用來向不同的方向發(fā)射微波束。如果以太存在的話，那么地球在以太中運(yùn)動(dòng)，于是頻率將隨方向而變化。1960年1月做了這個(gè)試驗(yàn)，結(jié)果是波長沒有發(fā)生變化。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的精度是前無先例的，能測出小到10^-12的相對頻率偏差，這更確鑿地證實(shí)了七十多年前邁克耳孫-莫雷的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這個(gè)實(shí)驗(yàn)以及當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)不久的穆斯堡爾效應(yīng)，都證實(shí)了愛因斯坦的相對論理論。 湯斯意識到，若用固體分子來替代氨分子，根據(jù)肖克利所建立的固體和新概念，用途更廣泛的裝置也能制成。在五十年代后期，湯斯和其他一些科學(xué)家確實(shí)制成了固體脈澤。這種脈澤在放大微波信號時(shí)所造成的隨機(jī)輻射（“噪聲”）比以往的任何放大方式都低得多，這意味著它對極微弱信號的放大遠(yuǎn)比其它已知的方法更為有效。1960年，用這種方法放大了從皮爾斯的“回聲I號”衛(wèi)星射到金星后又射回來的幾乎消失殆盡的微弱信號。 1957年，湯斯開始思索設(shè)計(jì)一種能產(chǎn)生 紅外或可見光---而不是微波---脈澤的可能性。他和他的姻弟在1958年發(fā)表了有關(guān)這方面的文章。1960，梅曼首先制成了這樣的器件---用一根紅寶石棒產(chǎn)生間斷的紅光脈沖。這種光是相干的，也就是傳播時(shí)不會(huì)漫散開，幾乎始終保持成一窄束光。即使將這樣的光束射到二十多萬英里之外的月球上，光點(diǎn)也只擴(kuò)展到一、二英里的范圍。它的能量耗損也很小，這樣，人們就自然想到向月球表面發(fā)射脈澤束，以繪制月面地形圖，這種方法遠(yuǎn)比以往的望遠(yuǎn)鏡有效得多。大量的能量聚集在和很窄的光束中，使它還能用于醫(yī)學(xué)（例如在某些眼科手術(shù)中）和化學(xué)分析，它能使物體的一小點(diǎn)汽化，從而進(jìn)行光譜研究。 這種光比以往產(chǎn)生的任何光具有更強(qiáng)的單色性。光束中的所有光都具有相同的波長，這意味著這種光束經(jīng)調(diào)制后可用來傳送信息，和普通無線電通信中被調(diào)制的無線電載波幾乎一樣。由于光的頻率很高，在給定的頻帶上，它的信息容量遠(yuǎn)大于頻率較低的無線電波，這就是用光作載波的優(yōu)點(diǎn)。 可見光脈澤稱為“光脈澤”或“萊塞”(laser),它是來自“受激輻射光放大”英文全稱的首縮詞。萊塞又稱激光。 湯斯榮獲了1964年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，同時(shí)獲獎(jiǎng)的還有普科和巴索夫，他們也獨(dú)立地完成了這方面的理論工作。