激光的發(fā)明與應(yīng)用

激光是在1960年正式問(wèn)世的。但是，激光的歷史卻已有100多年。確切地說(shuō)，遠(yuǎn)在1893年，波爾多中學(xué)物理教師布盧什就已經(jīng)指出，兩面靠近和平行鏡子之間反射的黃鈉光線(xiàn)隨著兩面鏡子之間距離的變化而變化。他雖然不能解釋這一點(diǎn)，但為未來(lái)發(fā)明激光發(fā)現(xiàn)了一個(gè)極為重要的現(xiàn)象。

1917年愛(ài)因斯坦提出“受激輻射”的概念，奠定了激光的理論基礎(chǔ)。1958年美國(guó)科學(xué)家肖洛和湯斯發(fā)現(xiàn)了一種奇怪的現(xiàn)象：當(dāng)他們將閃光燈泡所發(fā)射的光照在一種稀土晶體上時(shí)，晶體的分子會(huì)發(fā)出鮮艷的、始終會(huì)聚在一起的強(qiáng)光：由此他們提出了“激光原理”，受激輻射可以得到一種單色性、亮度又很高的新型光源。

1958年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的湯斯和肖洛發(fā)表了關(guān)于激光器的經(jīng)典論文，奠定了激光發(fā)展的基礎(chǔ)。1960年，美國(guó)人梅曼發(fā)明了世界上第一臺(tái)紅寶石激光器。梅曼利用紅寶石晶體做發(fā)光材料，用發(fā)光度很高的脈沖氙燈做激發(fā)光源，獲得了人類(lèi)有史以來(lái)的第一束激光。

1965年，第一臺(tái)可產(chǎn)生大功率激光的器件——二氧化碳激光器誕生。1967年，第一臺(tái)X射線(xiàn)激光器研制成功。1997年，美國(guó)麻省理工學(xué)院的研究人員研制出第一臺(tái)原子激光器。

激光的出現(xiàn)帶動(dòng)了多學(xué)科的發(fā)展，如量子光學(xué)、量子電子學(xué)、激光光譜學(xué)、非線(xiàn)性光學(xué)、集成光學(xué)、海洋光學(xué)等等。這里我們只列舉一些與日常生活相關(guān)的激光應(yīng)用科學(xué)的發(fā)展。

激光光盤(pán)制作技術(shù)

1877年世界上第一臺(tái)留聲機(jī)在愛(ài)迪生的手上誕生了!它是聲像技術(shù)發(fā)展的開(kāi)端。而1972年荷蘭菲利浦公司研制出用激光器錄音的彩色電視錄像盤(pán)。這就是現(xiàn)代激光光盤(pán)的誕生!

激光光盤(pán)的誕生，激光在音響設(shè)備上的應(yīng)用，是音響上的一次革命。人們利用激光，以“光針”代替鋼針、寶石針，制成激光唱片。激光唱片不僅能夠錄音，而且能夠錄像。激光唱片用來(lái)記錄、存儲(chǔ)聲音和圖像，可以說(shuō)，這是聲像技術(shù)上的一次革命，一個(gè)偉大的創(chuàng)舉。

1983年，美國(guó)和日本分別研制成嶄新的數(shù)字錄音唱片。這種唱片完全擺脫了傳統(tǒng)唱片的制作和重播方式，為唱片開(kāi)辟了一個(gè)全新的境界。這種數(shù)字唱片，在存儲(chǔ)技術(shù)等方面都有重要的用途。

激光光盤(pán)技術(shù)發(fā)展很快，激光光盤(pán)和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、聲像技術(shù)聯(lián)手，踏入文獻(xiàn)存儲(chǔ)和檢索的新領(lǐng)域。信息存儲(chǔ)在光盤(pán)上，快速檢索、查閱和打印出所需要的資料。現(xiàn)在光盤(pán)書(shū)籍已進(jìn)入家庭生活。

逼真的照片

現(xiàn)代的全息照相，伴隨著激光技術(shù)而獲得新生和發(fā)展，為我們提供了一種捕捉景物一切可見(jiàn)信息的途徑，可以得到極其逼真的立體顯示的全息照片。用全息照相方法所得到的照片，在適當(dāng)?shù)墓庹障拢瓉?lái)的景物就會(huì)再現(xiàn)在我們的面前。

由于全息照片記錄了景物光波的全部信息，所以再現(xiàn)出來(lái)的景象和原來(lái)的一模一樣。全息照片是真正的立體照片。用全息照相方法所得到的照片，經(jīng)得起“破壞性的打擊”．全息照片的每一部分，不論有多大，都能再現(xiàn)出原來(lái)的整個(gè)景象，這就是說(shuō)，可以將全息照片分成若干小塊，每一小塊都可以完整地再現(xiàn)出原來(lái)的景象。因此，如果全息照片被打破了，撕碎了，或者在某個(gè)案件中捕獲到的是毀壞了的全息照片的殘?jiān)偪梢詮囊恍K碎片重新復(fù)制出原樣的照片來(lái)。

激光醫(yī)學(xué)

激光醫(yī)學(xué)是激光技術(shù)的新領(lǐng)域，1960年世界上第一臺(tái)紅寶石激光器問(wèn)世后，1961年即用于治療視網(wǎng)膜脫落，1963年激光光刀用于腫瘤切割。20世紀(jì)70年代醫(yī)用激光治療機(jī)在臨床各科得到廣泛應(yīng)用。1981年聯(lián)合國(guó)衛(wèi)生組織正式宣布激光醫(yī)學(xué)為醫(yī)學(xué)的一個(gè)新分支。激光以其特有的優(yōu)越性能解決了許多傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的難題。激光治療最早用于眼科，對(duì)視網(wǎng)膜剝離眼底血管病變、虹膜切開(kāi)、青光眼等一大批眼科疾患均能用激光治療。

激光手術(shù)刀具有術(shù)中出血少、減少細(xì)菌感染等優(yōu)點(diǎn)。激光與中醫(yī)針灸術(shù)結(jié)合而形成的“光針”，對(duì)鎮(zhèn)痛、哮喘、遺尿、高血壓等有一定療效。激光技術(shù)為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)提供了一種“神力”，能夠治療內(nèi)科、外科、眼科、皮膚、腫瘤和耳鼻喉科的100多種疾病。激光已成為有益于人類(lèi)的幸福之光，生命之光。

光纖通信

光導(dǎo)纖維傳光是利用在光導(dǎo)纖維中傳輸光線(xiàn)在界面上發(fā)生全反射來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種透明細(xì)長(zhǎng)纖維傳光現(xiàn)象很早就為希臘玻璃工人所發(fā)現(xiàn)。

1870年英國(guó)人廷德?tīng)柺紫韧ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)觀察到光沿彎曲水柱傳播的現(xiàn)象。1929年美國(guó)人哈塞爾制成石英纖維，但由于質(zhì)量差，沒(méi)能實(shí)際應(yīng)用。20世紀(jì)50年代美國(guó)人卡帕尼和荷蘭人馮西爾首先制成玻璃芯，解決了光學(xué)絕緣的難題。激光器的問(wèn)世，纖維光學(xué)才真正得到飛速發(fā)展。1973年第一個(gè)光纖通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室建成。光纖通信進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用。現(xiàn)在以光導(dǎo)纖維為傳導(dǎo)介質(zhì)的傳感技術(shù)已在醫(yī)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、通信、紡織、航空航天、電氣、汽車(chē)、自動(dòng)化等幾乎所有工程領(lǐng)域和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)科學(xué)領(lǐng)域得到廣泛使用。

可視電話(huà)也是靠大容量的光纖通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。在通話(huà)時(shí)，不但彼此能看到對(duì)方的音容笑貌，還能相互展示手中的照片及其他東西。親人遙隔千萬(wàn)里，就像相聚在一起一樣。可視電話(huà)還可以用于電活會(huì)議、醫(yī)療會(huì)診、指揮生產(chǎn)等。

光纖通信在有線(xiàn)廣播電視方面也大有作為。利用光纜構(gòu)成電視網(wǎng)，能夠傳送幾百、幾千套電視，使人們可以隨意選擇收看各種各樣的電視節(jié)目，而且這種電視不受地形地物障礙的影響。此外，光纜還可以迅速及時(shí)地傳送電視報(bào)紙，進(jìn)行電視教學(xué)。

藝術(shù)殿堂升光輝

卡拉OK音樂(lè)廳、鐳射舞廳有一位極其重要的“配角”——激光，運(yùn)用激光手段，增添信息，拓展時(shí)空，使豐富多彩的節(jié)目更加令人回味無(wú)窮，可以說(shuō)，藝術(shù)的成功，也與激光作為“配角”是分不開(kāi)的，最常用的是能夠產(chǎn)生紅綠藍(lán)3色的離子激光器。

目前，已出現(xiàn)獨(dú)具特色的光子樂(lè)器，它和電子樂(lè)器相比也毫不遜色。激光光纖吉他，光導(dǎo)纖維作為吉他的琴弦，通過(guò)光信號(hào)的變化，可以演奏出極其美妙的樂(lè)曲。激光豎琴，更是別具一格，琴弦是由一臺(tái)氪激光器和兩臺(tái)氬激光器產(chǎn)生的一排絢麗多彩的豎直光束。琴師“撥奏”激光豎琴的“琴弦”——有節(jié)律地遮斷光束，啟動(dòng)琴中的光電傳感器，于是便奏出令人叫絕的樂(lè)曲。光子在音樂(lè)領(lǐng)域里的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)不止這些，從發(fā)展來(lái)看，光子樂(lè)器雖然是后起之秀，卻大有后來(lái)居上之勢(shì)。

激光不但是醫(yī)生手中的手術(shù)刀，還是畫(huà)家和雕刻家手中的光筆和雕刻刀。藝術(shù)家們利用激光束這得心應(yīng)手的畫(huà)筆和刻刀，在各種紙板、木板、石板、玻璃板和金屬板上進(jìn)行繪畫(huà)和雕刻創(chuàng)作，可以借助于激光束的強(qiáng)度、聚焦和散焦的變化，創(chuàng)作出完美的獨(dú)具風(fēng)格和特色的作品來(lái)；還可以借助于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)所創(chuàng)作的作品進(jìn)行修改。此外，激光還可以用來(lái)修復(fù)名畫(huà)，使已經(jīng)黯然的畫(huà)面恢復(fù)其青春的光彩。

五谷豐登也靠它

人類(lèi)要生存，第一需要是糧食。播下什么種子，就會(huì)有什么收獲。現(xiàn)在，在農(nóng)作物品種改良和新品種培育方面，人們利用激光處理種子，收到了明顯的增產(chǎn)效果。人們通過(guò)對(duì)激光育種的生物學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)在特定激光輻照作用下，產(chǎn)生光物理、光化學(xué)和光生物學(xué)效應(yīng)，就會(huì)出現(xiàn)“染色體”變異，導(dǎo)致遺傳性狀的改變，而產(chǎn)生出新的品種。人們還用激光適當(dāng)?shù)卣丈湫Q豆、玉米、蘿卜、黃瓜和西紅柿的種子，加速種子發(fā)芽，提高種子出芽率，促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)，使農(nóng)作物早熟、抗病、增產(chǎn)。

人們還利用激光研究農(nóng)作物病蟲(chóng)害的防治．激光成為人們捕殺害蟲(chóng)和消滅病蟲(chóng)害的得力助手。人們利用激光向雜草開(kāi)刀，除掉雜草，為禾苗助長(zhǎng)。采用激光滅蟲(chóng)除草方法，比采取化學(xué)滅蟲(chóng)除草優(yōu)越，避免了化學(xué)藥物對(duì)大氣、水源和土地的污染，而且不污染糧食、蔬菜和水果：激光是一種高效而清潔的滅蟲(chóng)除草方法。

激光在農(nóng)副產(chǎn)品的儲(chǔ)藏和保鮮方面，在對(duì)農(nóng)作物收獲進(jìn)行預(yù)報(bào)和估產(chǎn)及其他方面，都有用武之地。激光在實(shí)現(xiàn)科學(xué)種田和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化方面，將發(fā)揮越來(lái)越大的作用。

激光在環(huán)境方面的應(yīng)用

利用激光繪制災(zāi)害圖。激光測(cè)距儀向目標(biāo)發(fā)射一束對(duì)人眼安全的激光束，以測(cè)量目標(biāo)的距離和方位角。照到目標(biāo)后再返回激光器，附在激光器上的計(jì)算機(jī)隨即進(jìn)行必要的運(yùn)算。若將該激光測(cè)距儀跟一臺(tái)全球定位系統(tǒng)相聯(lián)，衛(wèi)星接收器就會(huì)隨時(shí)告訴操作人員所在的位置。系統(tǒng)操作人員可將激光器瞄準(zhǔn)風(fēng)暴災(zāi)害處，激光器將距離和范圍內(nèi)的信息送到全球定位系統(tǒng)，繪出災(zāi)害圖，然后可迅速派遣有關(guān)人員前往救災(zāi)。另一套運(yùn)行系統(tǒng)同記錄計(jì)算機(jī)相連，操作人員能飛到鄰域上空，將激光器對(duì)淮受災(zāi)地面建筑物，迅速繪出地圖，可估計(jì)受損財(cái)產(chǎn)的價(jià)值。

激光檢測(cè)大氣含量，采用柏林自由大學(xué)的激光雷達(dá)對(duì)城市煙霧或酸雨進(jìn)行了三維監(jiān)視，已經(jīng)測(cè)量出氧化亞氮、二氧化氮、二氧化硫，以及臭氧含量的兩維和三維圖。已經(jīng)成功地繪

相關(guān)鏈接

激光技術(shù)誘人的前景

(1)創(chuàng)造一個(gè)新太陽(yáng)

原子能是最富魅力的新能源。原子能的利用，可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是利用中子轟擊鈾原子核，使鈾核分裂成為兩塊，釋放出裂變能；另一類(lèi)是使氫的兩種同位素氘和氚核聚合在一起，釋放出聚變能。核聚變反應(yīng)釋放出的能量要比核裂變反應(yīng)釋放出的能量大得多。核裂變反應(yīng)可以用于制造原子彈，也可以用于建造核電站。

核聚變并不陌生，氫彈爆炸就是一種核聚變反應(yīng)。但是，氫彈爆炸的巨大能量是在一瞬間釋放出來(lái)的。氫彈爆炸式的核聚變反應(yīng)，簡(jiǎn)直就是無(wú)羈的“核野馬”，一發(fā)而不可收拾。這種核聚變產(chǎn)生的能量是人力無(wú)法控制、無(wú)法應(yīng)用的。那么，怎樣才能使“核野馬”馴服，使它在人的控制下老老實(shí)實(shí)地工作呢?科學(xué)家們的目標(biāo)是：實(shí)現(xiàn)受控核聚變。

用什么來(lái)“點(diǎn)火”——怎樣才能滿(mǎn)足受控?zé)岷司圩兊臈l件呢?人們想到了強(qiáng)磁場(chǎng)、電子束、離子?xùn)|等種種辦法，但最有希望的要數(shù)高功率激光了。高功率激光技術(shù)是實(shí)現(xiàn)激光受控核聚變的關(guān)鍵，各國(guó)科學(xué)家都在這方面傾注全力攻堅(jiān)。

受控核聚變一旦實(shí)現(xiàn)，將首先用于建造新型的聚變類(lèi)型的核電站。激光受控核聚變將是人類(lèi)的既安全又清潔、取不盡用不完的新能源。它的實(shí)現(xiàn)，等于人類(lèi)創(chuàng)造出一個(gè)新太陽(yáng)!

(2)迎接光子時(shí)代的到來(lái)

自從世界上第一臺(tái)激光器問(wèn)世至今，激光已涉足于許多科學(xué)學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域。并分化出不少重要的分支學(xué)科和交叉學(xué)科，激光技術(shù)、纖維光學(xué)和集成光學(xué)，也打開(kāi)了光計(jì)算機(jī)的信息傳輸、存儲(chǔ)和處理的時(shí)代大門(mén)。

光計(jì)算機(jī)給人們帶來(lái)了美好的希望。電子計(jì)算機(jī)發(fā)展到今日，卻始終沒(méi)有脫離電子學(xué)的范疇，運(yùn)算速度和存儲(chǔ)容量均已不能滿(mǎn)足突飛猛進(jìn)發(fā)展科學(xué)技術(shù)的需要。集成光學(xué)和激光技術(shù)為研制運(yùn)算速度極快、存儲(chǔ)容量極大、使用穩(wěn)定可靠的光計(jì)算機(jī)提供了基礎(chǔ)條件。光模擬計(jì)算機(jī)在幾分鐘里就可以完成電子計(jì)算機(jī)幾天才能完成的工作量。現(xiàn)在，科學(xué)家們正在向持高運(yùn)算速度和特大信息存儲(chǔ)量的光數(shù)字計(jì)算機(jī)進(jìn)攻。

纖維光學(xué)是研究光學(xué)纖維傳光理論及制造的一門(mén)新學(xué)科、光纖通信具有容量巨大、抗干擾能力強(qiáng)、保密性好、節(jié)省有色金屬和適用范圍廣泛等特點(diǎn)，逐步發(fā)展成為大容量、遠(yuǎn)距離通信的重要手段。

光子學(xué)作為一門(mén)新學(xué)科將迅速發(fā)展起來(lái)，一些新學(xué)科將不斷涌現(xiàn)出來(lái)，如光子物理學(xué)、光子化學(xué)、光子生物學(xué)、光子醫(yī)學(xué)等等。

光子科技對(duì)現(xiàn)代化社會(huì)的影響是無(wú)法估量的。到那時(shí)，天上飛的是用光子充填燃料的宇航飛機(jī)，地下跑的是光子發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的各種車(chē)輛，家庭里用的是多種多樣的光子器具，軍隊(duì)裝備的是各式各樣的光子武器……光子科學(xué)技術(shù)將滲透到整個(gè)社會(huì)各個(gè)部位，成為人類(lèi)生產(chǎn)和生活中不可缺少的東西，人類(lèi)將生活在一個(gè)嶄新的光子時(shí)代!

(3)太空城里創(chuàng)大業(yè)

我國(guó)的神話(huà)故事以及現(xiàn)代科幻作品中不乏有關(guān)天宮、太空城市的描述。當(dāng)然，人類(lèi)不會(huì)停留在神話(huà)故事、科學(xué)幻想里面。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域，正在突飛猛進(jìn)地發(fā)展，人類(lèi)終有一天會(huì)建立起“太空城”、“太空村”。

因?yàn)樘绽镉械厍蛏纤痪邆涞幕蚝茈y獲得的實(shí)驗(yàn)條件，如低溫、真空、失重和無(wú)菌等。在那樣的特殊條件下，一些物質(zhì)將具有優(yōu)異的特性，一些實(shí)驗(yàn)會(huì)呈現(xiàn)出異乎尋常的現(xiàn)象，因而給科學(xué)技術(shù)帶來(lái)新的突破，使人類(lèi)獲得新的生產(chǎn)力。

人們?cè)凇疤粘恰崩锕ぷ骱蜕睿谝恍枰茄鯕猓趺礃影蜒鯕廨斔偷竭b遠(yuǎn)的“太空城”里去呢?科學(xué)家認(rèn)為，將來(lái)。激光有可能成為行星距離間輸送氧氣及其他氣體的有效管道。這可真是科學(xué)發(fā)達(dá)，無(wú)奇不有．光還能成為“管道”!

到太空去工作和生活，這一天已經(jīng)為期不遠(yuǎn)了。到那時(shí)，人們?cè)凇疤粘恰崩镛k工廠(chǎng)，在“大空村”里種果菜。

(4)未來(lái)的宇宙飛船

對(duì)未來(lái)的宇宙飛船，科學(xué)家們做出種種設(shè)想，如量子飛船、光子飛船、原子能飛船、太陽(yáng)帆飛船、等離子體飛船等。太陽(yáng)帆飛船是麥克斯韋提出的預(yù)言，它是以太陽(yáng)光的壓力為動(dòng)力，太陽(yáng)光線(xiàn)好像“宇宙風(fēng)”一樣，推動(dòng)著宇宙飛船的“船帆”而使飛船前進(jìn)。

自從方向性極強(qiáng)的激光問(wèn)世以后，科學(xué)家們又預(yù)言：激光可以作為未來(lái)宇宙飛船動(dòng)力。如果太陽(yáng)光線(xiàn)能夠給宇宙空間里自由飄蕩的物體加速的話(huà)，那么，激光這樣強(qiáng)大的輻射光束也完全可能給宇宙飛船加速。科學(xué)家們認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)激光動(dòng)力飛船的可能性，不會(huì)比實(shí)現(xiàn)前面設(shè)想的種種飛船的可能性小。各種發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)非是利用反作用力，激光發(fā)動(dòng)機(jī)的反作用力能由具有質(zhì)量的光子產(chǎn)生。

美國(guó)著手研究以激光為動(dòng)力推進(jìn)航天飛行器的飛行，已經(jīng)取得卓有成效的結(jié)果。激光航天飛行器實(shí)際上就是激光飛船，它以激光為動(dòng)力往返于地面與空間軌道站飛行，來(lái)回運(yùn)送人員和器材，實(shí)現(xiàn)空間研究和制造。它起飛像火箭，垂直而起；返回大氣層時(shí)又像飛機(jī)一樣，滑翔到地面作水平著陸。它不需要火箭發(fā)射，也不使用火箭燃料，費(fèi)用低廉，其發(fā)射費(fèi)用僅為航天飛機(jī)的0．1％。