鸡尾酒还能造激光？科学家手把手教你如何用金汤力制作一台激光器

制造一台液体激光器需要极大的耐心，但它的成果可能是世界上最酷的魔术：只要给予足够集中的能量，一杯平凡的琴酒加奎宁水（金汤力），就能从一款普通饮品变身为最炫酷、最具未来感的鸡尾酒。

1969年的夏天。纽约州罗切斯特的一群科学家正准备启动一台实验激光器。一切设备都已就绪——冷却系统确保机器不会过热，警示灯亮起提醒他人远离。那原本是激光实验室中再普通不过的一天，除了一个令人惊讶的事实：这台激光器其实就是一杯金汤力。

▲镭射激光

“我多年来一直听说过‘金汤力激光器’的传闻，”激光研究员史蒂芬·威尔克说道，“但始终找不到确凿的资料。”2009年，他在《光学与光子学新闻》上发表了一篇关于“可食用激光”历史的论文。最终，他追溯到一则1969年6月伊士曼·柯达公司的广告，广告中打趣地宣称他们用某知名品牌的奎宁水造出了一台激光器。

这则广告邀请那些对制作属于自己液体激光器感兴趣的“有抱负的年轻人”，联系当时在柯达公司工作的布鲁斯·伯迪克，以便亲手尝试制造自己的液体激光器。如今伯迪克已退休，虽记不清那台“琴酒激光器”的具体过程，但仍记得撰写那则吸睛文案的广告人。“传播部门的沃尔特·利普曼真是个用词高手，”伯迪克笑着说。这则广告的目的，是为了在公众中激起对激光的兴趣——毕竟，那时激光才问世九年。“那时候，人们对激光的应用远不如今天这么熟悉。”伯迪克补充道。

能量可以通过无数种方式被转化为相干光子，而激光的形态、材料和尺寸也千差万别。要让某种物质发出激光，就必须了解它的原子结构——正是这种结构决定了需要何种能量来“点燃”它。激光科学家们一直梦想发现新的激光介质——无论是气体、固体，还是液体。可食用激光领域的先驱西奥多·汉施曾说过：“只要能量够强，任何东西都能产生激光。”为了证明这一点，他在1970年与阿瑟·肖洛合作，用明胶与染料的混合物制造出了一台激光器。

▲西奥多·汉施，德国马克斯-普朗克量子光学研究所研究员，2005年诺贝尔物理学奖

至于金汤力激光，另一个重要的里程碑出现在1975年的美国科罗拉多州博尔德市。在国家标准局的实验中，科学家们用伏特加、朗姆酒和琴酒制作出了液体激光器——但它们的输出功率微乎其微。研究人员在《IEEE量子电子学期刊》中打趣写道：“乙醇还有更好的用处。”

近几十年来，“琴酒激光器”的研究并没有取得太大进展，但这段液体传奇依然流传着，等待今天的有好奇心、有创造精神的成年人去重新挑战。即使取得成功，也不太可能让你获得诺贝尔奖（狗头），但或许能助你在激光物理的科研之路上更进一步。以下是尝试复现它的几个关键步骤。

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第一步：能量

激光运作需要能量，但它可不是插上插头就能启动的机器。琴酒激光必须由另一台激光器泵浦（提供能量）。1975年博尔德的实验中，研究人员使用一台功率为20瓦的二氧化碳激光器直接照射琴酒——这比常见的0.05瓦激光笔强4000倍。二氧化碳激光器常被用于医疗手术，如激光眼科和皮肤修复治疗。你可以花几千美元买一台二手的，也可以在地下室组装廉价版。不幸的是，正如研究者指出的那样，琴酒并不是理想的激光介质：即便使用20瓦的激光泵浦，也只能得到0.00001瓦的相干光输出。

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第二步：反射

每一台激光器都有两面镜子，用于在增益介质中困住能量——这里的介质，就是琴酒与奎宁水。博尔德的研究者在一根铜管的两端各放置一面铜镜，使能量在其中反射累积，直到分子被激发到足以释放光子的状态。镜面上开了一个小孔，激光光线便能从中射出。琴酒产生的是波长约393微米的远红外光，对人眼而言完全不可见，因此需要用特殊的气体探测器才能“看见”这些光子。

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第三步：耦合

激光器是一种极其“挑剔”的装置；要让它工作，必须经过无比精细的校准。仅仅拥有能量来源和反射镜远远不够——你还需要一枚聚焦透镜，将二氧化碳激光的光线精确耦合进琴酒溶液中。有时，为了让一种新材料第一次产生激光，研究者要花上几天、几周，甚至几个月。所有组件都必须被调整到误差不超过一个波长——也就是几根头发的厚度，或你杯中气泡的大小。

当这三步都被完美完成后，你杯中的琴酒就会开始“激光化”——而这一刻，你所有的细致努力都将值得。毕竟，虽然那束光微弱且不可见，但世上又有几个人能说自己“喝过一台激光”呢？

注意：激光即便是激光笔等级的功率，也可能在长时间照射下对眼睛造成伤害。任何激光实验都应由受过专业训练的人士进行，实验前必须了解激光的危险性并佩戴合格的激光防护眼镜。

原文链接：https://www.popularmechanics.com/science/energy/a6503/how-to-make-a-laser-from-a-gin-and-tonic/

编译：吕邢娇喆

审校：郭彦良