亚历山大·米哈伊洛维奇·普罗霍罗夫

苏联物理学家、1964年诺贝尔物理学奖获得者

亚历山大·米哈伊洛维奇·普罗霍罗夫（Aleksandr Mikhailovich Prokhorov，1916年7月11日-2002年1月8日）苏联物理学家，与尼古拉·根纳季耶维奇·巴索夫是量子电子学的奠基人之一。

简介

普罗霍罗夫1916年7月11日出生于澳大利亚昆士兰州艾瑟顿一个流亡的俄国革命工人家庭里，1923年回到祖国苏联。从小学到大学，他的学习成绩始终名列前茅。1939年以优异成绩毕业于列宁格勒大学物理系，同年进入苏联科学院列别捷夫研究所振动实验室当研究生。1941年-1944年战争期间在作战部队服役，负伤后复员回到列别捷夫研究所，继续从事研究工作。1960年，普罗霍罗夫当选为苏联科学院通讯院士，1966年当选为院士。1968年他被任命为列别捷夫物理研究所副所长。普罗霍罗夫由于研制分子振荡器与他的同事巴索夫一起获得列宁奖金，他还由于在亚毫米波波谱学方面的工作获得苏联国家奖。他被授予社会主义劳动英雄称号，曾四次获列宁勋章。自1969年，他曾担任《苏联大百科全书》（第三版）的主编。

诺贝尔物理学奖

——微波激射器和激光器的发明

1964年诺贝尔物理学奖一半授予美国马萨诸塞州坎布里奇的麻省理工学院的查尔斯·哈德·汤斯(Charles H.Townes)，另一半授予苏联莫斯科苏联科学院列别捷夫物理研究所的尼古拉·根纳季耶维奇·巴索夫(Nicolay Gennadiyevich Basov)和亚历山大·米哈伊洛维奇·普罗霍罗夫(Aleksandr Mikhailovich Prokhorov)，以表彰他们从事量子电子学方面的基础工作，这些工作导致了基于微波激射器和激光原理制成的振荡器和放大器。

激光器的发明是20世纪科学技术有划时代意义的一项成就。从60年代一开始，激光理论、激光器件、激光应用各方面的研究广泛开展，各种激光器如雨后春笋一般涌现。几十年来，激光科学成果累累，已成为影响人类社会文明的又一重要因素。

量子电子学

量子电子学是无线电电子学和光学的结合点，更与量子物理学和原子物理学的发展密切相关。普朗克的能量子假说和爱因斯坦的光量子理论为量子电子学的发展奠定了基础。特别是爱因斯坦1916年对辐射理论的分析，为激光提供了理论基础。而20世纪40年代雷达的发展促进了微波技术应用于微波与分子的相互作用的研究。汤斯正是期望从这一研究中取得分子、原子和核结构的各种信息，探索出一条通过原子和分子谐振在极短波段实现相干振荡器和放大器的途径。

研究历程

普罗霍罗夫在他当研究生的1944-1950年间，就建立了关于电子管振荡器中的频率稳定性理论，首次获得同步加速器中电子的超高额相干辐射，并开始了气体波谱学的研究。就在这些研究中，他萌发了研制分子振荡器的想法。

普罗霍罗夫所依据的原理是物质中电子的受激发射效应。实际上就是爱因斯坦早在1916年就提出的受激辐射概念。设有两个能级，其能量分别为E1及E2，若上能级粒子数密度大于下能级粒子数密度，就形成了

波同频率、同方向、同偏振，因而就使入射电磁波得到放大。一个能放大的系统，如果适当加大正反馈，就能形成振荡。这就是量子放大与量子振荡的基本原理。

1952年5月普罗霍罗夫和他的合作者巴索夫在全苏波谱学会议上提出了获得量子放大与振荡的可能性的报告。接着，在1954年10月出版的苏联《实验与理论物理》杂志上，他们发表的论文提出了一个具体方案。选用分子的转动能级，不同的转动能级其电偶极矩也不同。具有电偶极矩的分子束在不均匀电场中会发生偏转，所以处于不同转动能级的分子偏转程度有所不同。这样就可以把它们分开，使处于上能级的分子进入实验区。这样就人为地造成了粒子数反转状态，从而实现微波的放大和振荡。他们对氟化铯(CsF)分子两基态之间的跃迁进行理论估算，在《苏联科学院报告》上发表了“分子放大与振荡理论”的论文，应用量子力学进行理论分析。普罗霍罗夫与巴索夫和汤斯与肖洛在大约相同的时间内对微波激射器作出了开创性的工作。两组人思路基本相同，汤斯和肖洛首先在实验上获得成功，而普罗霍罗夫和巴索夫则首先奠定了理论基础。

氨分子激射器作为第一个量子电子学器件，有其重要的历史意义。它制成后不久，就被做成氨分子钟，作为时间和频率的基准。但由分子束或气体制成的微波激射器波段有限，浓度低，功率小。还有待于继续发展。

后来普罗霍罗夫把氨分子激射器的工作波长减小到亚毫米量级，把频率提高了一两个量级。从1955年起，普罗霍罗夫又把注意力转向顺磁共振微波激射器，他在几年内研究了一系列顺磁晶体的顺磁共振与弛豫特性，并于1958年获得了微波激射。

1958年，普罗霍罗夫和汤斯分别发表文章，指出光学中使用的法布里-珀罗标准具可用作从亚毫米波直到可见光波段的谐振腔。与微波谐振腔相比，这是一种开放式的腔。两块具有高反射率的半透镜对面放置，其间隔远大于波长。但入射电磁波从垂直于镜面的方向射入腔中后，在两镜面间来回反射，形成驻波，起着谐振腔的作用。在他们的理论指导下，两年后就发明了激光器。

巴索夫又一项重要的科学贡献是对半导体激光器的研究。早在第一台激光器问世以前，巴索夫在1959年就提出了半导体激光器的方案。在半导体上加上足够强的脉冲电场，在强电场作用下，大量原子通过碰撞而被电离，导带中的电子数及价带中的空穴数均急剧增多。当电场撤去后，在一定条件下，可以产生粒子数反转状态。1961年，巴索夫又提出P-N结注入式激光器的原理，发表于苏联《实验与理论物理》杂志上。他还导出了产生受激发射的条件。据此，好几个研究组在1962年先后制成了半导体激光器。巴索夫用砷化镓(GaAs)在77K下获得近红外光的受激辐射。这种类型的激光器后来得到不断的完善，改进了结构，降低了阈值电流，提高了效率，压缩了激光线宽，特别是使其能在室温下工作。到了70年代后期，已逐渐形成了在应用上大发展的局面。成为当前应用最广的一种半导体激光器。

巴索夫倡导激光引发热核聚变，在1962年苏联科学院主席团会议上，以及在1963年巴黎国际量子电子学大会上，他都提出了这个建议。他一方面研制大功率的激光器和研究靶技术；另一方面深入了解产生这种效应的物理条件。1968年，实现了用强激光照射氘化锂(LiD)靶，首次发现从靶中产生出了中子。

巴索夫还致力于寻求新的原理与途径以产生大功率激光。从1962年起，他和他的合作者在化学激光器方面进行了深入研究，制成大功率脉冲和连续的氟化氢化学激光器、大功率纳秒脉冲光解离碘激光器、用电离的新型高气压气体激光器和准分子激光器。他们在信息的光学处理方法、激光稳频、激光频标、激光诱发化学反应、金属表面的激光涂层与固化等方面都有重要工作。在非线性光学方面，产生激波的爆发性化学激光器方面，巴索夫都起到了先驱者的作用。

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