但在自然界普通光源中，產(chǎn)生受激輻射的成分很少，當(dāng)時(shí)的人們并沒認(rèn)識(shí)到該理論的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值 。
阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)(左)，他1916年發(fā)表的論文(右)
基于愛因斯坦的理論，幾十年之后的1953年，美國的查爾斯·唐尼斯 (Charles Townes) 研制成功一臺(tái)受激輻射微波放大裝置 。后來該項(xiàng)技術(shù)由微波擴(kuò)展到紅外及可見光范圍 。
1958年，唐尼斯與亞瑟·肖洛(Arthur Schawlow)在《物理評(píng)論(Physical Review)》雜志上發(fā)表論文，闡述了研制激光器的可能性以及所需的條件，指出這種激光具有亮度極高、單色性好、方向性好的特點(diǎn) 。
就在同一時(shí)期，蘇聯(lián)的亞歷山大·普羅霍洛夫 (Aleksandr Prokhorov) 及尼古拉·巴索夫 (Nicolay Basov) 也提出了類似的設(shè)想 。他們的設(shè)想非常吸引人，許多國家竟相開始研制激光器，各種實(shí)驗(yàn)方案都有，只是都未獲得成功 。
這幾位都是了不起的人物，赫赫有名的科學(xué)大伽，愛因斯坦就不用說了 。而唐尼斯、普羅霍洛夫及巴索夫三人分享了1964年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，肖洛則獲得了1981年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) 。
亞瑟·肖洛(Arthur Schawlow)、查爾斯·唐尼斯(Charles Townes)
亞歷山大·普羅霍洛夫(Aleksandr Prokhorov)、尼古拉·巴索夫(Nicolay Basov)
真正研制出第一臺(tái)激光器的是美國加利福尼亞州休斯航空公司實(shí)驗(yàn)室的西奧多·梅曼 (Theodore Maiman) 。1960年5月16日，梅曼在自己研制的紅寶石激光器上成功獲得了波長為694.3納米的激光 。7月7日，休斯公司正式宣布了這個(gè)消息 。此后，不同工作物質(zhì)的激光器陸續(xù)研制出來，如氦氖氣體激光器、二氧化碳激光器等，激光在各領(lǐng)域的應(yīng)用研究也迅速展開 。
激光的亮度可比普通光源高20個(gè)量級(jí)，而且是在包括紅外?可見光?紫外直至X射線波段內(nèi)的相干輻射光源，意義極為重大，因此被譽(yù)為是20世紀(jì)繼原子能、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體之后的又一重大發(fā)明 。梅曼獲得富蘭克林學(xué)會(huì)、美國物理學(xué)會(huì)、光學(xué)學(xué)會(huì)等多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)，曾兩度被諾貝爾獎(jiǎng)提名，可惜未能獲得諾貝爾獎(jiǎng) 。
西奧多·梅曼(Theodore Maiman)與他研制的紅寶石激光器
04 共聚焦
激光技術(shù)的突破使另一關(guān)鍵技術(shù)——“共聚焦成像”的構(gòu)想有了成功的可能 。
共聚焦成像 (Confocal Imaging) ”的構(gòu)想是美國的馬文·明斯基 (Marvin Minsky)(被稱為“人工智能之父”) 在20世紀(jì)50年代提出的 。
其原理是利用逐點(diǎn)掃描照明，并用空間針孔濾波手段去除樣品焦點(diǎn)平面外散射光進(jìn)行共聚焦成像 。他為此設(shè)想申請(qǐng)了專利，也研制出一臺(tái)共聚焦掃描顯微鏡的樣機(jī) 。
但當(dāng)時(shí)缺乏適用的超強(qiáng)光源，加之?dāng)?shù)據(jù)處理能力也還達(dá)不到所需的標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)構(gòu)想實(shí)際上只停留在理論階段 。
馬文·明斯基(Marvin Minsky)
明斯基研制的共聚焦掃描顯微鏡樣機(jī)
梅曼的激光器研制獲得成功之后，美國的保羅·達(dá)維多維茨 (Paul Davidovits) 和大衛(wèi)·埃格爾 (David Egger) 于1969年以氦氖激光器為激發(fā)光源，制成了一臺(tái)激光掃描顯微鏡原型機(jī) 。
1978年，德國的托馬斯·克里默 (Thomas Cremer) 和克里斯托夫·克里默(Christoph Cremer)兄弟首次提出了共聚焦激光掃描顯微鏡 (Confocal Laser Scanning Microscope，簡稱CLSM) 的設(shè)計(jì)方案：在熒光顯微鏡成像的基礎(chǔ)上加裝激光掃描裝置，用激光聚焦逐點(diǎn)掃描方式結(jié)合熒光標(biāo)記生物樣品的三維探測方法，通過計(jì)算機(jī)處理手段重構(gòu)生成三維圖像(與掃描電子顯微鏡類似) 。
真正商業(yè)化的共聚焦激光掃描顯微鏡于1987年問世 。
克里斯托夫·克里默(Christoph Cremer)、托馬斯·克里默(Thomas Cremer)
共聚焦激光掃描顯微鏡
從理論上說，該項(xiàng)技術(shù)的光學(xué)成像空間分辨能力并未真正突破“阿貝極限”，但其所得的物像分辨率比傳統(tǒng)的光學(xué)成像提高了30%~40%，大大優(yōu)化了成像質(zhì)量 。
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