雷射技術的先驅者——湯斯
湯斯，1915年生於美國北卡羅來納州格林威爾。16歲就進大學攻讀物理學和語言學，24歲那年獲得物理學博士學位。湯斯幾乎對每樣事件都感興趣，他是一個達·芬奇式的人物——一位多才多藝的科學家。他除了以物理學家和教授聞名外，也是一位潛泳運動員、旅行家、蘭花栽培家和語言學碩士，他還是教學唱詩班的歌手，曾當過哥倫比亞大學附近一所教堂的執事。湯斯一踏上社會，就碰上第二次世界大戰。那時，整個國家都忙於為戰爭服務。年輕的湯斯一心想從事理論物理學的研究，卻找不到相應的工作。最後他只得進一家電氣公司，當一名雷達工程師。雷達工程師的職責範圍是研究雷達整體結構和工藝的設計，而不是搞純理論的研究。但是，湯斯的才能並沒有因此而被埋沒；戰爭需要雷達，而製造先進的雷達需要紮實的微波電子學知識。於是湯斯開始悉心鑽研微波電子學。不久他就成了一位精通微波電子學的專家，發明了第一台微波雷射器。
成功是從一次失敗的實驗開始的。
第一次世界大戰時，飛機速度慢，發動機的聲音響。防空部隊靠耳朵聽飛機響聲來判斷有無敵機入侵。開始時，請聽覺特別靈敏的盲人監聽。後來改用裝有大喇叭的聽音器來偵察敵機的來去。第二次世界大戰期間，飛機的飛行速度大大提高了，差不多可以達到聲音速度的一半。用聽聲音的方法來偵察敵機實在太慢，往往聽到飛機馬達轟鳴聲時，敵機就快到頭頂上空了。因此，各國都集中科學家加緊研究製造當時剛誕生的電子防空設備——雷達。雷達的核心部分是微波振盪器，它產生頻率極高的電磁波，通過雷達天線發射出去，射向目標；目標把射到它表面上的一部分電磁波反射回來，被雷達接收器接收後，在螢光屏上顯示出目標的方位和距離。電磁波的傳播速度為每秒30萬公里，比當時飛機每小時幾百公里的速度不知快多少倍，這就滿足了儘早發現飛機的要求；另外靠聽音確定飛機的方位是很不準確的，只能知道飛機在某方位幾十度的一個大概範圍。雷達卻能以誤差只有幾度的精確度測定飛機的具體位置。
交戰國家都想使自己的雷達性能超過對方的雷達，以便能更有效地對付入侵的飛機，所以千方百計研製新型雷達。改進的途徑之一是把雷達的工作頻率不斷提高。因為當時已出現了能幹擾對方雷達的反雷達設備。比如一群飛機飛來，其中一架飛機離開機群很遠，上面裝著能向對方雷達站發射強電磁波的設備。這種強電磁波信號在對方雷達螢幕上把機群反射的弱電磁波信號掩蓋住了，使雷達變成“盲人”，機群就能悄悄地溜進對方上空，這是一種現代電子障眼法。為了對付這種干擾，就要設法讓自己的雷達發出的電磁波頻率和對方干擾電磁波頻率不一樣，而雷達接收器對本身發出的電磁波有很高的靈敏度，這樣，對方的干擾就不起作用了。因此，需要研究具有新的頻率的電磁波。
那時，新設計的雷達，工作頻率都做得很高，達到1萬兆赫茲，波長3 厘米。理論證明：波長短，發射出去的波束就越細，發現目標確定它的位置的精度就能提高。再有，工作頻率越高，發射天線可以造得越小，戰地使用，把它安裝在車輛上，機動性和靈活性提高不少。
為了進一步提高雷達的工作頻率，美國空軍要湯斯研究波長為1.25厘米的雷達，開拓雷達技術的新領域，利用這種新雷達製造精確的轟炸瞄準設備。湯斯預測波長這么短的電磁波要被空氣中的水汽吸收掉，不能用於雷達。試驗的結果證明他的預見是對的。
但是，湯斯並沒有就此止步，而是轉過來研究水汽吸收電波的問題。在研究中，他發現氨具有吸收電磁波等一系列現象，從而創立了一門全新的物理學科——微波波譜學，這是一把揭開微觀世界秘密的鑰匙。不久哥倫比亞大學聘請他為物理學教授。
當了教授後，他並沒有停止自己的研究，而是把目標集中到如何產生毫米波、亞毫米波的問題上。這是當時科學技術上一大難題，還沒有人能解決，強烈的求知慾促使他向這一科學技術新領域進軍。
那時，產生頻率高、波長短的電磁波，譬如厘米波、都使用相應的金屬作為振盪器的諧振腔；產生波長比厘米波更短的毫米波或亞毫米波，須用比火柴梗還要細的金屬盒。最難的是盒子的內壁必須打磨得十分光潔，而這卻是當時的工藝水平所辦不到的。
湯斯遇到難題了。然而，難題的挑戰更激起他的興趣；科學研究從來沒有康莊大道，關鍵是要找到一把克服困難、解決難題的鑰匙。
他首先從電磁波的波長必然還要向更短的方向發展這個角度考慮：即使能將產生毫米波的金屬盒子奇蹟般地加工出來，那么以後要產生微米波用的更細更小的盒子又怎么辦呢？因此必須從根本上找到一種產生高頻電磁波的新方法。
一個另闢蹊徑的念頭在湯斯的頭腦里閃過：利用微小的原子結構所固有的頻率來產生毫米波。這真是創造性的大膽構想。接下去要做的不僅是要從理論上推導這種構想的可行性，還要用實驗來證明技術上也完全是能夠辦得到的。沒有任何現成的實驗設備，湯斯便利用原來做微波實驗的設備，從研究分子運動產生厘米波著手，鑑定自己所依據的原理和實驗方法是否對頭，為進一步產生毫米波做準備。
1950年初，美國海軍研究署建立了一個由科學家和工程師組成的委員會，研究產生毫米波和亞毫米波的方法。 1951年春，湯斯到華盛頓參加委員會召集的第二次會議。他人雖然坐在會議桌旁，腦子裡卻不斷映現出他思考著的各種計算公式和實驗方案。一天清晨，曙光熹微，大地還蒙在一層薄紗之中。他醒來就想起了隔天推導的計算公式還不夠完善，正好利用清晨頭腦清楚的好時光，重新研究修改。他輕手輕腳地穿好衣服，走出了旅館，來到附近的富蘭克林公園。春天的公園是迷人的，樹梢嫩葉初長，花圃盛開著一叢叢火紅的杜鵑花，一陣陣鳥鳴聲使人覺得早晨格外寧靜。湯斯在一隻長椅上坐下來，眼睛望著艷麗的花朵出神，腦子卻不斷想著產生波長極短的電磁波的計算公式。一串串數字、一組組方程在湯斯的頭腦中像泉水一樣湧現出來。突然，他想到一種新的計算方法，連忙從口袋裡摸出筆來，只是沒有紙，翻遍口袋，只找到一隻用過的信封，就把信封撕開，在信封的背面列出幾道算式算了起來。他奮筆疾書，只幾分鐘，就算出了需要激發多少分子才能得到分子振盪，以及振盪器的允許損耗值。當時，湯斯是把氨作為計算對象。他不僅從理論上推斷氨分子被激發後可以產生波長為1.25厘米的電磁波，還構想了能產生這種振盪的具體方法。
湯斯沒有立即宣布自己的新發現，而是回到實驗室，根據自己的新想法，開始著手試製微波激射器。他和同事們，還有研究生，整整工作了兩年；這兩年中，他們一起設計、製造、試驗、拆毀、再造，翻來覆去，但一直都沒有成功。有兩個朋友勸他放棄這種勞而無功、浪費錢財的試驗，但他毫不動搖，繼續試驗。 1953年年底，湯斯應邀到一個波譜講習班去作短期講學。
一天，他的學生飛也似的跑來報告他一個激動人心的訊息：微波激射器成功了！
師生一起來到一家地下餐廳舉杯慶賀來之不易的成功。席間，他們想到應該為這一新發明起一個簡明、響亮的拉丁或希臘名字。然而勝利的激情使他們無法平靜下來，他們爭了一夜也沒有找到一個合適的名字。直到第二天晚上，他們才滿意地創造了一個縮寫詞“Maser”——“曼塞”——作為那個新發明的裝置的命名。它的意思就是“微波激射器”。以後在Maser的基礎上又發明了雷射器，人們也照湯斯的樣子創造了“Laser”這一縮寫來為它命名。兩者只有一字之差。其中“aser”是受激輻射一詞的英文縮寫，而M和 L分別代表微波和光。這也表示它們產生的原理是相同的，只是振盪頻率或者說波長不一樣。發現“曼塞”以後，湯斯謙虛地說這是他學生的勝利和光榮；因為他的學生是冒著當不成博士的風險來從事這項研究工作的。
不久，湯斯發現“曼塞”有一個怪脾氣，它產生的頻率很高的電磁波，始終固定在一個頻率上振盪，用什麼辦法都無法改變它。當時，湯斯也說不出這樣一種激射器有什麼實用價值。
後來才明白，“曼塞”產生的微波能精確地穩定在一個頻率上振盪，正是“曼塞”的優點而不是缺點：既然它每秒鐘振盪的次數始終不變，那么，只要測量出振盪的次數，就可以知道準確的時間間隔。於是有人把這種激射器作為時鐘的計時標準，造出了當時世界上最準確的鐘，“走”1萬年誤差只有1秒。微波激射器只能產生厘米波。湯斯需要的是毫米波和亞毫米波。然而，產生毫米波的激射器卻遲遲造不出來，也沒有發現能輻射毫米波、亞毫米波的物質。湯斯當機立斷，決定繞道前進，直接研究用激射器產生可見光振盪的可能性。
1958年，湯斯和他的合作者肖洛，經過了長期的思考、研究、計算以後，首次提出光振盪條件的理論計算和光激射器的設計原理，並且還對這種新型激射器的用途作了一番預測。這篇文章立意新穎、論證翔實、假設大膽、計算精確，再加上技術措施切實可行，因此，立刻博得了電子物理學界的廣泛注意。歐美很多有條件的實驗室，按照論文的提示，紛紛試驗製造。
