激光的发明与应用

激光是在1960年正式问世的。但是，激光的历史却已有100多年。确切地说，远在1893年，波尔多中学物理教师布卢什就已经指出，两面靠近和平行镜子之间反射的黄钠光线随着两面镜子之间距离的变化而变化。他虽然不能解释这一点，但为未来发明激光发现了一个极为重要的现象。

1917年爱因斯坦提出“受激辐射”的概念，奠定了激光的理论基础。1958年美国科学家肖洛和汤斯发现了一种奇怪的现象：当他们将闪光灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时，晶体的分子会发出鲜艳的、始终会聚在一起的强光：由此他们提出了“激光原理”，受激辐射可以得到一种单色性、亮度又很高的新型光源。

1958年，贝尔实验室的汤斯和肖洛发表了关于激光器的经典论文，奠定了激光发展的基础。1960年，美国人梅曼发明了世界上第一台红宝石激光器。梅曼利用红宝石晶体做发光材料，用发光度很高的脉冲氙灯做激发光源，获得了人类有史以来的第一束激光。

1965年，第一台可产生大功率激光的器件——二氧化碳激光器诞生。1967年，第一台X射线激光器研制成功。1997年，美国麻省理工学院的研究人员研制出第一台原子激光器。

激光的出现带动了多学科的发展，如量子光学、量子电子学、激光光谱学、非线性光学、集成光学、海洋光学等等。这里我们只列举一些与日常生活相关的激光应用科学的发展。

激光光盘制作技术

1877年世界上第一台留声机在爱迪生的手上诞生了!它是声像技术发展的开端。而1972年荷兰菲利浦公司研制出用激光器录音的彩色电视录像盘。这就是现代激光光盘的诞生!

激光光盘的诞生，激光在音响设备上的应用，是音响上的一次革命。人们利用激光，以“光针”代替钢针、宝石针，制成激光唱片。激光唱片不仅能够录音，而且能够录像。激光唱片用来记录、存储声音和图像，可以说，这是声像技术上的一次革命，一个伟大的创举。

1983年，美国和日本分别研制成崭新的数字录音唱片。这种唱片完全摆脱了传统唱片的制作和重播方式，为唱片开辟了一个全新的境界。这种数字唱片，在存储技术等方面都有重要的用途。

激光光盘技术发展很快，激光光盘和电子计算机技术、声像技术联手，踏入文献存储和检索的新领域。信息存储在光盘上，快速检索、查阅和打印出所需要的资料。现在光盘书籍已进入家庭生活。

逼真的照片

现代的全息照相，伴随着激光技术而获得新生和发展，为我们提供了一种捕捉景物一切可见信息的途径，可以得到极其逼真的立体显示的全息照片。用全息照相方法所得到的照片，在适当的光照下，原来的景物就会再现在我们的面前。

由于全息照片记录了景物光波的全部信息，所以再现出来的景象和原来的一模一样。全息照片是真正的立体照片。用全息照相方法所得到的照片，经得起“破坏性的打击”．全息照片的每一部分，不论有多大，都能再现出原来的整个景象，这就是说，可以将全息照片分成若干小块，每一小块都可以完整地再现出原来的景象。因此，如果全息照片被打破了，撕碎了，或者在某个案件中捕获到的是毁坏了的全息照片的残渣，总可以从一小块碎片重新复制出原样的照片来。

激光医学

激光医学是激光技术的新领域，1960年世界上第一台红宝石激光器问世后，1961年即用于治疗视网膜脱落，1963年激光光刀用于肿瘤切割。20世纪70年代医用激光治疗机在临床各科得到广泛应用。1981年联合国卫生组织正式宣布激光医学为医学的一个新分支。激光以其特有的优越性能解决了许多传统医学的难题。激光治疗最早用于眼科，对视网膜剥离眼底血管病变、虹膜切开、青光眼等一大批眼科疾患均能用激光治疗。

激光手术刀具有术中出血少、减少细菌感染等优点。激光与中医针灸术结合而形成的“光针”，对镇痛、哮喘、遗尿、高血压等有一定疗效。激光技术为现代医学提供了一种“神力”，能够治疗内科、外科、眼科、皮肤、肿瘤和耳鼻喉科的100多种疾病。激光已成为有益于人类的幸福之光，生命之光。

光纤通信

光导纤维传光是利用在光导纤维中传输光线在界面上发生全反射来实现的。这种透明细长纤维传光现象很早就为希腊玻璃工人所发现。

1870年英国人廷德尔首先通过实验观察到光沿弯曲水柱传播的现象。1929年美国人哈塞尔制成石英纤维，但由于质量差，没能实际应用。20世纪50年代美国人卡帕尼和荷兰人冯西尔首先制成玻璃芯，解决了光学绝缘的难题。激光器的问世，纤维光学才真正得到飞速发展。1973年第一个光纤通信实验系统在美国贝尔实验室建成。光纤通信进入了实际应用。现在以光导纤维为传导介质的传感技术已在医学、物理学、化学、通信、纺织、航空航天、电气、汽车、自动化等几乎所有工程领域和基础实验科学领域得到广泛使用。

可视电话也是靠大容量的光纤通信系统实现的。在通话时，不但彼此能看到对方的音容笑貌，还能相互展示手中的照片及其他东西。亲人遥隔千万里，就像相聚在一起一样。可视电话还可以用于电活会议、医疗会诊、指挥生产等。

光纤通信在有线广播电视方面也大有作为。利用光缆构成电视网，能够传送几百、几千套电视，使人们可以随意选择收看各种各样的电视节目，而且这种电视不受地形地物障碍的影响。此外，光缆还可以迅速及时地传送电视报纸，进行电视教学。

艺术殿堂升光辉

卡拉OK音乐厅、镭射舞厅有一位极其重要的“配角”——激光，运用激光手段，增添信息，拓展时空，使丰富多彩的节目更加令人回味无穷，可以说，艺术的成功，也与激光作为“配角”是分不开的，最常用的是能够产生红绿蓝3色的离子激光器。

目前，已出现独具特色的光子乐器，它和电子乐器相比也毫不逊色。激光光纤吉他，光导纤维作为吉他的琴弦，通过光信号的变化，可以演奏出极其美妙的乐曲。激光竖琴，更是别具一格，琴弦是由一台氪激光器和两台氩激光器产生的一排绚丽多彩的竖直光束。琴师“拨奏”激光竖琴的“琴弦”——有节律地遮断光束，启动琴中的光电传感器，于是便奏出令人叫绝的乐曲。光子在音乐领域里的贡献远不止这些，从发展来看，光子乐器虽然是后起之秀，却大有后来居上之势。

激光不但是医生手中的手术刀，还是画家和雕刻家手中的光笔和雕刻刀。艺术家们利用激光束这得心应手的画笔和刻刀，在各种纸板、木板、石板、玻璃板和金属板上进行绘画和雕刻创作，可以借助于激光束的强度、聚焦和散焦的变化，创作出完美的独具风格和特色的作品来；还可以借助于计算机辅助设计技术，对所创作的作品进行修改。此外，激光还可以用来修复名画，使已经黯然的画面恢复其青春的光彩。

五谷丰登也靠它

人类要生存，第一需要是粮食。播下什么种子，就会有什

么收获。现在，在农作物品种改良和新品种培育方面，人们利用激光处理种子，收到了明显的增产效果。人们通过对激光育种的生物学研究，发现在特定激光辐照作用下，产生光物理、光化学和光生物学效应，就会出现“染色体”变异，导致遗传性状的改变，而产生出新的品种。人们还用激光适当地照射蚕豆、玉米、萝卜、黄瓜和西红柿的种子，加速种子发芽，提高种子出芽率，促进农作物生长，使农作物早熟、抗病、增产。

人们还利用激光研究农作物病虫害的防治．激光成为人们捕杀害虫和消灭病虫害的得力助手。人们利用激光向杂草开刀，除掉杂草，为禾苗助长。采用激光灭虫除草方法，比采取化学灭虫除草优越，避免了化学药物对大气、水源和土地的污染，而且不污染粮食、蔬菜和水果：激光是一种高效而清洁的灭虫除草方法。

激光在农副产品的储藏和保鲜方面，在对农作物收获进行预报和估产及其他方面，都有用武之地。激光在实现科学种田和农业现代化方面，将发挥越来越大的作用。

激光在环境方面的应用

利用激光绘制灾害图。激光测距仪向目标发射一束对人眼安全的激光束，以测量目标的距离和方位角。照到目标后再返回激光器，附在激光器上的计算机随即进行必要的运算。若将该激光测距仪跟一台全球定位系统相联，卫星接收器就会随时告诉操作人员所在的位置。系统操作人员可将激光器瞄准风暴灾害处，激光器将距离和范围内的信息送到全球定位系统，绘出灾害图，然后可迅速派遣有关人员前往救灾。另一套运行系统同记录计算机相连，操作人员能飞到邻域上空，将激光器对淮受灾地面建筑物，迅速绘出地图，可估计受损财产的价值。

激光检测大气含量，采用柏林自由大学的激光雷达对城市烟雾或酸雨进行了三维监视，已经测量出氧化亚氮、二氧化氮、二氧化硫，以及臭氧含量的两维和三维图。已经成功地绘

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激光技术诱人的前景

(1)创造一个新太阳

原子能是最富魅力的新能源。原子能的利用，可以分为两类：一类是利用中子轰击铀原子核，使铀核分裂成为两块，释放出裂变能；另一类是使氢的两种同位素氘和氚核聚合在一起，释放出聚变能。核聚变反应释放出的能量要比核裂变反应释放出的能量大得多。核裂变反应可以用于制造原子弹，也可以用于建造核电站。

核聚变并不陌生，氢弹爆炸就是一种核聚变反应。但是，氢弹爆炸的巨大能量是在一瞬间释放出来的。氢弹爆炸式的核聚变反应，简直就是无羁的“核野马”，一发而不可收拾。这种核聚变产生的能量是人力无法控制、无法应用的。那么，怎样才能使“核野马”驯服，使它在人的控制下老老实实地工作呢?科学家们的目标是：实现受控核聚变。

用什么来“点火”——怎样才能满足受控热核聚变的条件呢?人们想到了强磁场、电子束、离子東等种种办法，但最有希望的要数高功率激光了。高功率激光技术是实现激光受控核聚变的关键，各国科学家都在这方面倾注全力攻坚。

受控核聚变一旦实现，将首先用于建造新型的聚变类型的核电站。激光受控核聚变将是人类的既安全又清洁、取不尽用不完的新能源。它的实现，等于人类创造出一个新太阳!

(2)迎接光子时代的到来

自从世界上第一台激光器问世至今，激光已涉足于许多科学学科和技术领域。并分化出不少重要的分支学科和交叉学科，激光技术、纤维光学和集成光学，也打开了光计算机的信息传输、存储和处理的时代大门。

光计算机给人们带来了美好的希望。电子计算机发展到今日，却始终没有脱离电子学的范畴，运算速度和存储容量均已不能满足突飞猛进发展科学技术的需要。集成光学和激光技术为研制运算速度极快、存储容量极大、使用稳定可靠的光计算机提供了基础条件。光模拟计算机在几分钟里就可以完成电子计算机几天才能完成的工作量。现在，科学家们正在向持高运算速度和特大信息存储量的光数字计算机进攻。

纤维光学是研究光学纤维传光理论及制造的一门新学科、光纤通信具有容量巨大、抗干扰能力强、保密性好、节省有色金属和适用范围广泛等特点，逐步发展成为大容量、远距离通信的重要手段。

光子学作为一门新学科将迅速发展起来，一些新学科将不断涌现出来，如光子物理学、光子化学、光子生物学、光子医学等等。

光子科技对现代化社会的影响是无法估量的。到那时，天上飞的是用光子充填燃料的宇航飞机，地下跑的是光子发动机驱动的各种车辆，家庭里用的是多种多样的光子器具，军队装备的是各式各样的光子武器……光子科学技术将渗透到整个社会各个部位，成为人类生产和生活中不可缺少的东西，人类将生活在一个崭新的光子时代!

(3)太空城里创大业

我国的神话故事以及现代科幻作品中不乏有关天宫、太空城市的描述。当然，人类不会停留在神话故事、科学幻想里面。现代科学技术的各个领域，正在突飞猛进地发展，人类终有一天会建立起“太空城”、“太空村”。

因为太空里有地球上所不具备的或很难获得的实验条件，如低温、真空、失重和无菌等。在那样的特殊条件下，一些物质将具有优异的特性，一些实验会呈现出异乎寻常的现象，因而给科学技术带来新的突破，使人类获得新的生产力。

人们在“太空城”里工作和生活，第一需要是氧气，怎么样把氧气输送到遥远的“太空城”里去呢?科学家认为，将来。激光有可能成为行星距离间输送氧气及其他气体的有效管道。这可真是科学发达，无奇不有．光还能成为“管道”!

到太空去工作和生活，这一天已经为期不远了。到那时，人们在“太空城”里办工厂，在“大空村”里种果菜。

(4)未来的宇宙飞船

对未来的宇宙飞船，科学家们做出种种设想，如量子飞船、光子飞船、原子能飞船、太阳帆飞船、等离子体飞船等。太阳帆飞船是麦克斯韦提出的预言，它是以太阳光的压力为动力，太阳光线好像“宇宙风”一样，推动着宇宙飞船的“船帆”而使飞船前进。

自从方向性极强的激光问世以后，科学家们又预言：激光可以作为未来宇宙飞船动力。如果太阳光线能够给宇宙空间里自由飘荡的物体加速的话，那么，激光这样强大的辐射光束也完全可能给宇宙飞船加速。科学家们认为，实现激光动力飞船的可能性，不会比实现前面设想的种种飞船的可能性小。各种发动机无非是利用反作用力，激光发动机的反作用力能由具有质量的光子产生。

美国着手研究以激光为动力推进航天飞行器的飞行，已经取得卓有成效的结果。激光航天飞行器实际上就是激光飞船，它以激光为动力往返于地面与空间轨道站飞行，来回运送人员和器材，实现空间研究和制造。它起飞像火箭，垂直而起；返回大气层时又像飞机一样，滑翔到地面作水平着陆。它不需要火箭发射，也不使用火箭燃料，费用低廉，其发射费用仅为航天飞机的0．1％。

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