超辐射
出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第204页（2622字）
1954年，美国普林斯顿大学Palmer物理实验室狄克(R．H．Dicke)在研究自发辐射的相干性时，首先提出超辐射概念，并加以讨论，所以也常常将超辐射称为狄克超辐射。
随后，超辐射现象的研究引起了世界许多科学家的关注。1972年J．H．Ebcrly对其作了进一步讨论；J．C．MacGillvray等做了经典解释；R．Bonifacio等做了全量子解释；1978～1979年，R．Glauber等又做了更严格的解释。
由于人们认识的深化，在激光出现之后，较普遍地称超辐射为放大的自发辐射(Amplifying Spontaneous Emission，缩写为ASE)。实质上，放大的自发辐射仍然是由自发辐射诱导的受激辐射过程占主导地位，所以应该属于激光的范畴，但其激光特性却比通常的激光要差，例如近斯的N2激光器所产生的激光就属于这种类型。
在高增益的准分子激光器、染料激光器以及半导体激光器中，也观察到不管是否有任何入射辐射所产生超辐射。由于相干激发的时间很短，这类激光器常常不需要谐振腔，因此，人们常常将发射ASE的高增益系统称为无腔(或无境)激光器，并且也常常将这种无腔激光作用(Lasing)称为“超辐射”。其实质是自发辐射通过受激辐射而得到放大，与相干自发辐射不同。
通常，发光系统中各个粒子的自发辐射是互不相干的，但是理论分析和实验都证明，在一定情况下，大量相同粒子组成的系统，能发生一种特殊的自发辐射过程，这时各个粒子的自发辐射是相干的。
这种相干性自发辐射就是前面提到的超辐射。超辐射是许多原子所构成的系统的集体自发辐射。光子回波就是超辐射的一个具体例证。理论证明，当那些个别的偶极子的相位重新变为一致时，它们具有大的宏观极化强度，从而产生回波；而在其它时刻的极化强度可忽略。
实际上，相位无规的偶极子一般以正常的速率辐射，给出的能量与原子密度的平方成正比。但是，当偶极子的相位变为一致时，它们以一种集体的方式进行辐射，其初始辐射率比例于N2。这就是超辐射的主要特征标志。
超辐射的全量子理论认为：一组耦合的原子的合作辐射构成所谓的超辐射。
所以，超辐射是原子系统的群体行为，即合作效应。
1975年R，Bonifacio等发现超荧光(Superfluorescence)现象。
超荧光是在不存在初始的宏观极化强度情况下产生的，泵浦光源可以是相干光源，也可以是非相干光源。当原子系统开始处于粒子数反转状态时，状态之间并不相关。半经典理论认为，超荧光是由普通的自发辐射噪声开始，然后逐步过渡到合作的自发辐射。超辐射和超荧光现象都已为实验所观察。
从历史发展来看，超荧光是狄克超辐射分离出来的一个分支，但从发光机制来看，可以认为超辐射是超荧光的合作发射阶段。所以有的科学家认为超辐射和超荧光是指同一物理现象，并不加以区分。
总之，根据半经典理论，超辐射可归结为：相干激发产生相干态，再辐射相干光。由于相干激发的时间很短，受激粒子对辐射场的相位表现出记忆能力，造成同相位偶极子列阵，从而自发辐射出相干光，所以超辐射是一种瞬态现象。超辐射不同于通常的激光，因为前者的发光机制是相干自发辐射，后者是受激辐射，超辐射的辐射强度与原子密度的平方成正比，辐射寿命(即脉冲宽度)与原子密度成反比，而且有很好的方向性和相干性。
自狄克(CR．H．Dicke)发现超辐射现象以来，许多科学家的关注，其原因如下。
(1)对超辐射现象的研究，有助于深入认识我们周围的物质世界，在理论上和科学技术上都有其独特的深远意义。另外，超辐射作为一种特殊的发光机制——相干自发辐射，目前已有较深入的了解，并且应用这种发光机制已研制出许多性能独特的激光器，例如N2激光器、准分子激光器等。
(2)超辐射在高增益的大功率激光器中，尤其显出非常重要的作用。有的大功率激光器是利用超辐射现象，以便提高输出激光功率。
而有的激光器则要克服超辐射带来的不利，因为超辐射现象的出现，会大大耗尽激光上能级的粒子数，减小应该获得的增益，而且还会以意外的方式损害激光器。(3)超辐射是原子系统集体的合作效应，所产生的相干自发辐射与通常的受激辐射相比，虽然要差一些，但是由于超辐射的辐射强度与原子密度的平方成正比，所以输出强度仍然相当可观。其次，超辐射的带宽也是很窄的，典型宽度比增益线宽小几倍，并且超辐射具有极高的方向性。另外，超辐射具有可以与受激辐射相比拟的空间相干性，但时间相干性稍差。
总之，利用超辐射制备的激光器具有一些独特性能，应用极其广深入。
人们对超辐射现象的研究仍在继续进行。例如中国科学工作者在研究人体指纹谱过程中，也发现只有用超辐射才能解释的特殊现象。对超辐射现象的进一步研究，必然会对物质世界的认识更加深化，从而开拓出更为广泛的应用前景。
。【参考文献】：1 Dicke R H. Phys Rev, 1954,93:99
2 Eberly J H. American J Phys ,1972,40:1374
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6 伍长征，等．激光物理学(第1版)．上海：复旦大学出版社，1989，39
(陕西师范大学李祥生副教授、傅克德教授撰；王天真审)