激光器的发明和应用（１９６０ 年）

 激光的出现是本世纪 ６０ 年代最重大的科学技术成就之一。它以其高亮度、高方向性、高单色性、高相干性等突出特点，得到了广泛的应用，并在科学技术的许多重大领域开辟了新的生长点，引起了革命性的变化。

 １９１６ 年，爱因斯坦发表了《关于辐射的量子理论》一文，首次提出了受激辐射的概念。按照这个理论，处于高能态的物质粒子受到一个能量等于两个能级之间能量差的光子的作用，将转变到低能态，并产生第二个光子，同第一个光子同时发射出来，这就是受激辐射。这种辐射输出的光获得了放大，而且是相干光，即两个光子的方向、频率、位相、偏振都完全相同。

 随着量子力学的建立和发展，人们对物质的微观结构及其运动规律有了更深入的了解，微观粒子的能级分布、跃迁和光子辐射等也得到了更有力的证明，这就在客观上更加完善了爱因斯坦的辐射理论，为激光的产生奠定了理论基础。４０ 年代末，出现了量子电子学，它主要研究电磁辐射与各种微观粒子系统的相互作用，并从而研制出相应的器件。这些理论和技术的进展，都为激光器的发明准备了条件。

 １９５１ 年，美国物理学家珀塞尔和庞德在核感应实验中，把加在工作物质上的磁场突然反向，结果在核自旋体系中造成了粒子数反转，并获得了每秒５０ 千赫的受激辐射，这是在激光史上有重大意义的实验。

 １９５４ 年，美国科学家汤斯和他的助手戈登、蔡格一起，制成了第一台氨分子束微波激射器。这台微波激射器产生了 １。２５ 厘米波长的微波，功率很小，但它成功地开创了利用分子或原子体系作为微波辐射相干放大器或振荡器的先例，因而具有重大意义。差不多与此同时，苏联的巴索夫和普罗霍洛夫以及美国马里兰大学的韦伯，也分别独立地提出了微波激射器的思想。

 由于微波激射器的成功，使人们进一步想到，如果把微波激射器的原理推广到光频波段，就有可能制成一种相干光辐射的振荡器或放大器。生产和科学技术发展的需要，也推动科学家们去探索新的发光机理，以产生新的性能优异的光源。

 １９５８ 年，肖洛与汤斯将微波激射器与光学、光谱学的知识结合起来，提出了采用开式谐振腔的关键建议，并预言了激光的相干性、方向性、线宽和噪音等性质。同一时期，巴索夫、普罗霍洛夫等人也提出了实现受激辐射光放大的原理性方案。

 １９６０ 年 ７ 月，美国青年科学家梅曼成功地制造并运转了世界第一台激光器。工作物质用人造红宝石，激励源是强的脉冲氙灯，它获得了波长 ０。６９４３微米的红色脉冲激光。

 第一台激光器问世以后，激光发展很快，短短时间里就出现了许多不同类型的激光器。１９６１ 年，１９６４ 年，先后制成钕玻璃激光器和掺钕钇铝石榴石激光器，它们和红宝石激光器都是迄今仍被大量应用的固体激光器。

 １９６０ 年底，贝尔电话实验室的贾万等人制成了第一台气体激光器——氦氖激光器。１９６２ 年，有三组科学家几乎同时发明了半导体结激光器。１９６６年，又研制成了波长可在一段范围内连续调节的有机染料激光器。此外，还有输出能量大、功率高，而且不依赖电网的化学激光器等。

 由于激光器的种种突出特点，因而很快被运用于工业、农业、精密测量和探测、通讯与信息处理、医疗、军事等各方面，并在许多领域引起了革命性的突破。比如，利用激光集中而极高的能量，可以对各种材料进行加工；激光作为一种在生物机体上引起刺激、变异、烧灼、汽化等效应的手段，已在医疗、农业上取得良好的效果；激光在军事上除用于通信、夜视、预警、测距等方面外，各种激光武器、激光制导武器已投入实用。今后，随着激光技术的进一步发展，激光器的性能和成本进一步降低，其应用范围还将继续扩大，并将发挥出越来越重大的作用。

集成电路的发明（１９６１ 年）

 集成电路的发明应归功于美国得克萨斯仪器公司的基尔比和仙童公司研究与开发部经理诺伊斯。

 １９４７ 年，贝尔电话实验室发明点接触晶体管 １０ 多年之后，半导体材料和器件的制造工艺得到迅速发展，半导体器件产量大幅度增加，类型越来越多。随着使用这些元件组装的电子产品的复杂性的提高，元件数目以及元件间互相连线的数目也日趋复杂，严重地妨碍了组装电子产品的速度。集成电路就是在这种背景下，为解决元件快速组装问题而产生的。

 基尔比致力于由半导体元件组装整体电子电路的工作，他的目的在于寻找这样一种可能性：用一块固态半导体材料做出整个电路来。１９５９ 年初，他用单块锗晶体制成了包括电阻、电容和晶体管的触发器，这样的固体电路由美国无线电工程师协会公诸于世。

 大约与此同时，诺伊斯设想用扩散或积淀方法制成电阻器，并获得了成功。第一只单片集成电路于 １９６１ 年由美国仙童公司上市出售，它是由 ４ 只双极型晶体管组成的电阻——晶体管逻辑触发器。基尔比和诺伊斯的发明，单片集成电路的出售，标志着集成电路的诞生。

 集成电路诞生之后，引起了各界广泛重视。科学工作者和工程技术人员不断对它进行改进和创新，促进了集成电路的更大发展。

机器人的出现

 

 （１９６６ 年）

 机器人是模拟人的四肢动作和部分感觉与思维能力的机械装置，它是用电器元件或电子仪器控制，通过液压传动元件操纵杠杆机构，实现预期目的。

 第一代机器人是一种只能进行固定的和变换工作程序的简单机械动作的装置，产生于 １９６６ 年。当时一架载有氢弹的美国飞机在地中海失事，一颗氢弹落入地中海。为了防止射线对人体的危害，制造了一台有电视眼和机械手的简单机械人，把氢弹打捞了上来。同年，美国某医院安装放射线源时，有半支香烟头大小的放射性钴 Ｃ６０ 掉了出来，用这种简单的机械人拾起，并放入铅盒内。从此机器人引起人们广泛的注意和研究，仅在 １９６７ 年美国就有７５ 台机器人用于生产上。这一年，苏联的月球卫星就是用机器人挖取月岩和土壤试样的。

 第二代机器人具有触觉和视觉功能，能在“理解”周围环境的情况下进行工作，它是在 ６０ 年代末小型电子计算机已推广使用和价格降低的条件下出现的。由电子计算机控制、存贮和处理周围环境反馈的信息，进行判断，然后按既定的要求进行操作。这种设想早在 １９５８ 年就在美国提出来，１９６１ 年底研制出电子数字计算机控制的机械手模型，在 ６０ 年代末才推广使用。１９７０年，丹麦人索伦森制成一个操纵挖掘机用的电子液压控制的机器人。美国也研制出模仿人的肩、肘、腕和手指动作的机器人，可以用几种速度连续行走。

 以后有某种感觉的机器人，如有触觉和重量感的机器人，也相继在美国、日本和英国问世。

 第三代机器人是具有人的简单智力和学习功能的机器人，它能满足两种基本要求：一种是具有较大的自由度和灵活性，在复杂条件下能完成多种处理物品的形状和相对位置的任务。另一种是具有识别环境及其变化，并做出正确判断和进行工作的能力，具有进行联系“思考”和学习的智能。

 早在 ７０ 年代初，日本就制成了可看清图纸，并可在传送带上进行装配的机器人。接着又制成装有电脑、具有视力的电视摄像机、有触觉的传感器和相当于手腕的机械手的“智能机器人”。

 １９７３ 年 ７ 月，日本早稻田大学一研究组制成有腿的机器人，它有人造耳，可根据人的口头指令做出反应；有识别物品的人造眼和有触觉的手，以及可作出答复的人造口。这标志着机器人的发展进入了一个新阶段。１９７４ 年，美国航空航天局和加省理工学院又制成具有电视摄像机和激光器的人造眼和编入几千个指令的电脑，用于对月球表面进行科学考察。到 １９７８ 年，“智能机器人”已具有某些视觉、触觉、温度感觉功能，能讲简单的语言和识别图纸和图像，并做出反应和进行操作。不同类型的机器人已大量应用于生产线上，在陆上、水下和月球上面等人难以或不可能进行工作的地方，机器人都可以发挥作用。

 目前，机器人的研制正向进一步模拟人的部分智能和感觉的方向发展。

航天飞机的诞生（１９８１ 年）

 航天飞机是把通常的火箭、宇宙飞船和飞机的技术结合起来的一种新型运载工具，它最主要的特点是能够像客货运班机一样，在宇宙航行中往返使用多次。

 关于航天飞机的研制工作虽然迟至 ７０ 年代才大力展开，但早在 ５０ 多年前，一批先驱者已认识了它的优越性，并做了大量工作。２０ 世纪初，在齐奥尔科夫斯基、哥达德和奥伯茨为“一次性火箭”奠定理论基础并进行实验的同时，对于宇航工具就存在着一种截然不同的设想：运载工具不仅要飞离地球，而且要能回到地球，即应该可以重复使用。

 虽然可多次使用的运载工具有很多优越性，但却仅仅留在纸面上，首先付诸实施并获得巨大成就的还是一次性使用的火箭。这是因为可多次使用的运载器的研制要困难得多。此外，多次使用这个优点，对于兵器技术没有什么吸引力，因为在军事上这并不十分重要。但利用可重复使用运载器飞向空间的想法却从来没有放弃过。

 到了 ６０ 年代至 ７０ 年代，由于使用一次性火箭耗费太大，于是人们迫切要求研制可多次使用的廉价运载工具。到 ６０ 年代末，人类已经掌握了洲际导弹、载人登月和大型喷气客机等技术，研制航天飞机的技术条件成熟了。

 美国在 １９６８ 年就开始了航天飞机方案的讨论，先后提出了许多方案。

 １９７０ 年 ７ 月正式开始研制，具体方案经过多次修改，到 １９７６ 年 ２ 月才基本确定下来，这就是“哥伦比亚”航天飞机方案。

 “哥伦比亚”航天飞机主要包括三部分：轨道器、助推火箭和推进剂外贮箱。总长度为 ５６ 米，机重 ２０００ 吨。轨道器是航天飞机的主体，可以载人和有效载荷。轨道分前、中、后三段，前段乘人，中段可以容纳人造卫星和各种仪器设备，后段装有三台使用液体燃料的主发动机，推力为 ５１０ 吨。两个固体燃料助推火箭，重 ５８０ 吨，推力为 １３１５ 吨。推进剂外贮箱内前后两个贮箱分别装液氢和液氧，为轨道器的主发动机提供燃料。

 “哥伦比亚”号的整个飞行过程可分为上升、轨道飞行和返回三个阶段。

 发射时助推火箭和主发动机同时点火，航天飞机垂直起飞，当飞到 ５０ 公里高时，助推火箭熄火，同轨道器自动分离。在快要进入绕地球运行的轨道时，主发动机熄火。接着由两台发动机提供推力，使轨道器进入地球轨道，至此上升阶段结束，轨道器绕地球开始无动力飞行，乘员执行各种任务。任务完成后开始返回阶段。机动发动机再次点火，进行制动减速，使轨道器脱离运行轨道，重新进入大气层，在大气中摩擦减速。这时轨道器变成了一架重型滑翔机，机翼成了决定性的器件，使它完成最后着陆阶段的滑翔飞行。在机场着陆时的速度为每小时 ３４１—３４６ 公里。

 １９８１ 年 ４ 月 １２ 日，美国航天飞机“哥伦比亚”号载着两名宇航员首次试飞，经过 ５４ 个半小时的飞行，绕地球 ３６ 周后于 １４ 日安全着陆。

 继第一次试飞成功之后，“哥伦比亚”号航天飞机又成功地进行了三次试飞，对系统的各种性能进行全面的试验。１９８２ 年 １１ 月 １１ 日，“哥伦比亚”

 号航天飞机正式开航。它携带宇航员成功地在空间将两颗卫星发射到预定的地球同步轨道位置上，从而开创了商业性空间运输的新纪元。继“哥伦比亚”号之后，１９８３ 年美国第二架航天飞机“挑战者”号也试飞成功。

 航天飞机的出现是航天事业中的一场革命，航天飞机和大型空间站将是航天新时代的标志。

[完]