上礼拜的投票显示很多朋友不知道laser是啥意思，所以这个话题我们从头说起：LASER是 light amplification by stimulated emission of radiation 的缩写，意思是激光是一个光放大过程。这个光咋放大的呢？通过受激辐射放大的。（所以激光这个翻译非常准确，据说是钱学森提议的。）

啥叫受激辐射呢？电子或其他一些准粒子的能量状态是离散的而非连续的，就像是台阶而非传送带，因此从基态到激发态就像上一个台阶，从激发态再回到基态就下一个台阶，损失的能量以光的形式散发出来，这就是一种辐射（radiative emission）。很明显台阶的高度是固定的，因此从激发态回到基态损失的能量总是固定的，辐射光子的波长因此也是固定的。如果被能量恰好是这个能级差（台阶高度）的光子照射，激发态的电子就会落到基态，同时辐射出和入射光子波长、相位都一样的光，这就叫受激辐射（图1 来自wikipedia）。

laser physics principle

很显然，要做一个激光器，我们需要一些可以被激发又回落从而辐射光子的材料，这个材料叫做增益介质；我们还需要外接能量把增益介质中的电子推上一个台阶，这就是泵浦源，它可以是电、热，或者是光。激光器的第三个要素是共振腔，最常见的形式就是两面镜子把增益介质夹在中间，光子在镜子间来回反射，产生更多的受激辐射。 那么只要排列组合、花样操纵这三个组成部分，你就会做激光器了！比如说一个常用的红色激光笔（图2上）由电池作为泵浦源，中间是增益介质半导体，最前端是共振腔，就能发射出红色激光了。要让光变绿会复杂一点（图2下），增益介质和红光是一样的，但是需要一系列光学组件让波长减半，红光变绿光。

laser pointer schematic

那么最轻最薄的激光器可以做成啥样呢？只要两层原子就可以。这篇文章[3]就实现了这样的设计，增益介质只有一层二硫化钼和一层二硒化钨，叠在有坑的硅片上，而这些坑就起到了共振腔的作用，可以看到作者们得到了1122.5nm波长的红外激光，单色性很好，峰宽大约2nm。作者认为我们可以通过使用不同的材料就可以获得全波段各种颜色的激光。

  1. Liu, Yuanda, et al. “Room temperature nanocavity laser with interlayer excitons in 2D heterostructures.” Science advances 5.4 (2019): eaav4506.