量子电子学隶属物理学，它和应用技术领域的关系密切，激光是其实用性应用的基础。光电子学或电子光学随着激光的实用化进展而分化并继续发展。无疑量子电子学本身是物理学的分支，而激光光谱学则成为基础物理应用中的重要部分。以下将讨论今后激光和量子电子学的发展。

激光光谱学和基础物理学

最近，在激光光谱学中，经常利用激光的特长，研究物理学的基础问题，特别是以各种形态进行量子力学的研究盛行。激光是光谱学的产物，要定量描述物质和光的相互作用，必须要用量子力学。今后需继续研究的课题首先是德哈梅特（Dehmelt）提出的提高频率标准的精度；其次是使用两个以上离子，并确立含紊乱的复杂现象的研究手法；再者就是当捕获多数离子时，利用形成和双流体等离子体同等的体系，作为等离子体物理学的基础研究对象。离子（包括多价离子）、裸原子核、各种基本粒子或将反粒子、一个或多个制作反粒子的原子和离子放入有限的空间，观察且调研高分解能谱和各种粒子束和激光束的相互作用等将是有趣的研究课题。

激光和各学科

激光在基础科学中的应用，不仅仅局限于物理学，它还涉及化学物理学、生物学、热核、宇宙物理学等。其中，共振离子质量分析法独具特色，能高灵敏检测带特定核的原子。

化学物理学中，特定化学反应前后的分子状态的“态 - 态化学”由于应用激光而发生划时代的变化，目前正在进行通过掺入超高速时间分解能，推定化学反应势垒的立体形状的试验。

激光对生物学的应用今后也将是一个热门领域、通过超短脉冲选择激发打定的生物分子或其中一部分分子，尔后通过测定荧光寿命和能量转移，也许就叫探明各种生命现象。在遗传物理学上采用激光光谱学的手法也将是极有意义的课题。此外，在宇宙物理学中，利用激光干涉仪测定重力波已受到各国的关注。

激光及其物理

1990年是激光诞生30周年，至此为止，有多种激光，已从红外向超紫外（波长为数十乃至数百埃）扩展，现仍在继续研究新的激光，并不断进步。为自然科学带来新发展的最尖端的激光技术——激光波长的短波化和自由电子激光倍受注目。预测在脉冲分频（CD）和光通信中，已普及的半导体激光将进一步发展。

短波化

缩短相干光波长有两个方法。其一是开发在短波处振荡的新激光；其二是利用非线性导致倍频或产生和频，前者中今后最有发展希望的是利用短脉冲高输出激光激发的新激光。当将短脉冲激光输出线状聚光于金属和石墨的平面靶（target）时，产生高温等离子，原子在电子几乎完全释放后加热并快速冷却，在再结合过程中，生成氢型（在裸原子核上结合有一个电子的状态）和锂型的多价离子，这时因电子首先进入外侧轨道而产生粒子数反转，沿着带高增益系数的细长活性区，可观测到激光的作用。

使用了核聚变的大规模激光系统，在这种X射线区域（现状下正确的是软X线感超紫外区域）每1 cm可增益几倍。现有报告说，激光作用已可截断60埃的短波，X射线激光虽受注目，但还处于自然放出光被放大的阶段，输出很低，相干光也不高。

今后还要选择照射条件，开发在这种短波区内具有高反射率的反射镜以提高效率，实验室规模的高输出、短脉冲激光的开发竞争将更加激烈，今后十年内，有可能开发出普通实验室规模的X射线激光，并将用于物理学和生物学研究。

自由电子激光（FEL）

自由电子激光是利用电子束和周期性磁场的相互作用，因此不受材料方面的波长限制，这一点正引起各国的兴趣。美国对这方面的开发投入了大量资金。虽然目前只要有亮度高的电子束加速器，就可在远红外区利用FEL产生高效率、大功率，但随着波长变短，FEL的增益降低，要弥补这一点，就需要开发能级一致性极高的电子束加速器和低损耗的反射镜 · 此外，将输出功率光谱中幅度要达到其它单模激光那样的锐度目前还很困难。由于FEL的进步还需许多重要技术成就的配合，因此，今后的研究主要取决于能投入多少研究经费和人力。

半导体激光

半导体激光在过去十年中取得了很大的成就。今后也可望在性能和降低价格上有进一步的发展。在提高性能上最受注目的是大功率的进步。制作将许多二极管串联或并列成矩阵状的基片，使其相互相干或不相干地振荡，以谋求整体的功率增大，同时，随着单个二极管的大功率化的进步，已有1W级的产品，不久将发展到数W级。

短波化是重要的研究方向，现虽已可获得红可见光的市场售品，但要进一步达到短波化却极困难。另一方面，正在积极开发利用大有机分子的并具大非线性光学恒数的新材料，且正在趋向开发纤维型光倍频。以高效率可倍增半导体二极管激光的输出功率，若能用半导体激光包罗整个可见光区，则无论对实用还是科学研究都具有重大意义。

关于半导体激光材料，若通过量子阱、量子带等微结构材料的开发，而能进行人工调节，则自由度将非常高，其次，制造技术的研究也极重要，以原子层单位控制两种材料，并使其成长的技术一旦从研究室转向工厂时，半导体激光的利用价值将进一步提高。

新固体激光

最近的激光技术特点之一，是发展固体激光的种类和性能。一是利用半导体激光激发的高效率化、小型化，但在此基础上还要提高稳定性，这也是至关重要的，二是以蓝宝石（Ti）激光为代表（700~1000 nm）的波长可变固体激光的出现，它远比现在作为频率激光主流的染料激光稳定性高，且输出功率也高，在此波长区，今后脱色激光将有所发展。

激光是一种装置，量子电子学是处理现象的学科领域。在尖端学科的重要基础研究中，新技术的发展往往对研究起到了不可估量的作用。另外，日本在量子学基础研究领域中，虽然每个研究的质量很高，但在层的厚度方面明显逊色于美国、西德、法国。在基础科学上也要得到世界公认，那么科学家们必须去积极地开发独创性技术。

［科学（日），1990年4月号］