导语：自年美国研发胜利寰宇上第一台红宝石激光器，我国也于年研发胜利国产首台红宝石激光器（降生于华夏科学院长春色学精湛死板钻研所）以来，激光本领被以为是20世纪继量子物理学、无线电本领、原子能本领、半导体本领、电子打算机本领以后的又一巨大科学本领新成绩。
往常，咱们家顶用的CD和DVD播放器，办公室的激光打印机和市集的条码扫描器都有激光。人们用激光调节远视目力，经过光纤网络发送邮件欣赏视频。不论咱们能否意识到，咱们每部分天天都哄骗激光，然则有几许人真实认识激光是甚么，怎样办事？
激光，是一种天然界底本不存在的，因受激而发出的，具备方位性好、亮度高、单色性好和关连性好等个性的光。
激光的孕育机理能够溯源到年爱因斯坦注解黑体辐射定律时提议的假说，即光的吸取和发射可经过受激吸取、受激辐射和自愿辐射三种原形经过。家喻户晓，任何一种光源的发光都与其物资内部粒子的疏通状况相关。当处于低能级上的粒子（原子、分子或离子）吸取了合适频次外来能量（光）被引发而跃迁到响应的高能级上（受激吸取）后，老是力求跃迁到较低的能级去，同时将有余的能量以光子情势释放出来。
倘使光是在没有外来光子影响下自愿地释放出来的（自愿辐射），此时被释放的光即为通俗的光（如电灯、霓虹灯等），其特色是光的频次巨细、方位和步调都很不一致。
但倘使是在外来光子直接影响下由高能级向低能级跃迁时将有余的能量以光子情势释放出来（受激辐射），被释放的光子则与外来的入射光子在频次、位相、传达方位等方面统统一致，这就象征着外来光赢得了巩固，咱们称之为光夸大。
图：激光孕育机理：（左）受激吸取，（中）自愿辐射，（右）受引发射
而激光的孕育需求满意三个前提：粒子数回转、谐振腔响应和满意阈值前提。经过受激吸取，使处于高能级的粒子数比处于低能级的越多（粒子数回转），还需求在有源区两头制做出能够反射光子的平行反射面，孕育谐振腔，并使增益大于斲丧，即不异时候新孕育的光子数大于散射吸取掉的光子数。惟独满意了这三个前提，才有大概孕育激光。
激光的个性
激光之于是被誉为奇妙的光，是由于它有通俗光统统不完备的四大个性。
1.方位性好——通俗光源（太阳、白炽灯或荧光灯）向四周八方发光，而激光的发光方位能够束缚在小于几个毫弧度平面角内，这就使得在晖映方位上的照度升高万万倍。激光每公里散布直径小于1米，若射到距地球3.8×km的月球，光束散布不到2公里，而通俗探照灯几公里外就散布到几十米。
激光准直、导向和测距即是哄骗方位性好这一个性。
2.亮度高——激光是现代最亮的光源，惟独氢弹爆炸倏得剧烈的闪烁才略与它比拟较。太阳光明度大抵是1.×cd/m2，而一台大功率激光器的输出光明度能够超过太阳光的亮度7～14个数目级。
纵然激光的总能量并不确定很大，但由于能量高度集结，很轻易在某一微弱点处孕育高压和几万摄氏度甚至几百万摄氏度的高温。激光打孔、切割、焊接和激光外科手术等事实运用即是哄骗了这一个性。
3.单色性好——光是一种电磁波。光的颜色取决于它的波长。通俗光源发出的光常常包罗着各类波长，是各类颜色光的搀杂。太阳光包罗红、登、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色的看来光以及红外光、紫外光等不成见光。
而某种激光的波长只集结在至极窄的光谱波段或频次畛域内。如氦氖激光的波长为.8纳米，其波长改动畛域不到万分之一纳米。激光优良的单色性为精湛度仪器丈量和勉励某些化学响应等科学熟练供给了极其有益的机谋。
4.关连性好——干与是摇动形势的一种属性。基于激光具备高方位性和高单色性的个性，它确定会是关连性极好的光。激光的这一个性使全息拍照成为事实。
激光器的典型
在光源中，完结能级粒子数回转是完结光夸大的前提，也即是孕育激光的先决前提。要完结粒子数回转，需借助外来光的力气，使大批原本处于低能级的粒子跃迁到高能级上去，这个经过咱们称之为“勉励”。
咱们常常所说的激光器，即是使光源中的粒子遭到勉励而孕育受激辐射跃迁，完结粒子数回转，尔后经过受激辐射而孕育光的夸大的装配。激光器纵然多种各类，但任务都是经过勉励和受激辐射而赢得激光。因而激光器常常均由激活介质（即被勉励后能孕育粒子数回转的办事物资）、勉励装配（即能使激活介质产生粒子数回转的动力，泵浦源）和光谐振腔（即能使光束在此中一再振荡和被屡屡夸大的两块平面反射镜）三个部份构成。
图：激光器的办事旨趣
由于咱们能够以很多不同的方法引发很多不同品种的原子，咱们能够（理论上）创造很多不同品种的激光。
激光器有多种分类方法，此中最出名的是固体，气体，液体染料，半导体和光纤激光器。固态激光器介质是雷同红宝石棒或其余固体结晶材料，况且环绕在其上的闪烁管泵送其充足能量的原子。为了有用地办事，固体确定搀杂，这是一种用杂质离子接替一些原子的经过，使其具备得当的能级以孕育确定详细频次的激光。固态激光器孕育高功率光束，常常是特别短的脉冲。比拟之下，气体激光器哄骗惰性气体（即所谓的准分子激光器）或二氧化碳（CO2）做为介质的化合物孕育继续的光线。CO2激光器功效强壮，效率高，罕用于产业切割和焊接。液体染料激光器哄骗有机染料分子的溶液做为介质，首要长处是可用于孕育比固态平和体激光器更宽的光频带，甚至可“调谐”以孕育不同的频次。
按波长来分，笼罩的波长畛域囊括远红外、红外、看来光、紫外直到远紫外，近来还研发出X射线激光器和正在开采的γ射线光器；
按勉励方法不同，有光勉励（光源或紫外光勉励）、气体放电勉励、化学响应勉励、核响应勉励等；
按输出方法不同，有继续的、单脉冲的、继续脉冲的和超短脉冲等；
从功率输出的巨细来看，此中继续的输出功率小至微瓦级，最大可达兆瓦级。脉冲输出的能量可从微焦耳至10万以上焦耳，脉冲宽度由毫秒级到皮秒级甚至飞秒级（万亿分之一）。
种种各类激光器满意不同的运用请求。如激光加工和某些军用激光都请求高功率激光或高能量激光（即所谓强激光）。有的指望脉冲时候只管缩小，以从事某些特快经过的钻研。有的还对升高光的单色性、改进输出光的情势、改进光斑的光强散布以及请求波长可调等提议了很高的请求。这些请求增进着激光器的钻研者不休摸索，进而使激光器的摸索深度和运用广度赢得空前未有的进展。
振奋进展的激光运用
所谓激光本领，即是摸索开采各类孕育激光的法子以及摸索运用激光的这些个性为人类造福的本领的总称。
50多年来，激光本领与运用进展迅猛，已与多个学科相连合孕育多个运用本领畛域，譬喻光电本领，激光调理与光子生物学，激光加工本领，激光探测与计量本领，激光全息本领，激光光谱解析本领，非线性光学，超快激光学，激光化学，量子光学，激光雷达，激光制导，激光别离同位素，激光可控核聚变，激光兵器等。这些交错本领与新的学科的呈现，大地面促使了保守财产和新兴财产的进展。
1、激光在讯息畛域的运用
半导体激光器和光纤夸大器是光纤通信的两项关键本领。
半导体激光器发出的激光不但单色性和关连性好，况且光波频次比微波频次又高万倍，故以激光为传达讯息的载体，用光纤做讯息传达路线的光纤通信，不但通信品质好、抗搅扰才力强、守密性好，况且通信容量比微波通信要升高上万倍。
哄骗激光本领停止光储备，使讯息的储备产生了革新性的奔腾。一张CD声频光盘的纪录密度相当于万bit／cm2，可纪录78分钟的音乐节目，比密纹唱片要大好几个数目级。
图：CD或DVD播放机中的光盘的激光和镜头。右下方的小圆是半导体激光二极管，而较大的蓝色圆圈是从激光器从光盘的平滑表面反射后读取光的透镜。
其余，激光打印机、激光传真机、激光照排、激光大屏幕彩色电视、光纤有线电视以及大气激光通信等均已赢得宽泛运用。
2、激光在全息术畛域的运用
光做为一种摇动形势，表征它的物理量有波长（同颜色相关）、振幅（同光的强弱相关）和位相（示意摇动开始同基依时候的关联）。
人们哄骗感光的拍照法子，只可纪录下波长和振幅，于是不论照很如许传神，看相片和看果然景色老是不同样。
而激光具备高关连性，能猎取干与波空间囊括相位在内的统统讯息。因而，采取激光停止全息拍照，被拍物体的统统讯息都被纪录在底片上，经过光的衍射，就可以复现被摄入物体维妙维肖的平面式样。
全息拍照具备三维成像的特色，可反复纪录，况且每一小块全息底片都能涌现物体的完全平面式样，可宽泛用于精湛干与计量、无损探伤、全息光弹性、微应变解析和振荡解析等科学钻研。
此中，哄骗全息干与术钻研燃气焚烧经过、死板件的振荡情势、蜂窝板构造的粘结品质和汽车轮胎皮下毛病查看等已赢得宽泛运用。况且，全息拍照用做商品和相信卡的防伪记号已孕育财产，用全息拍照拍照可贵艺术品，不但赏玩起来使人如临其境，况且为艺术品的修理供给了靠得住而传神的根据。正在进展的全息电视还将为人们添补一种新的糊口享福。
3、激光在调理畛域的运用
激光在医学上的运用分为两大类：激光诊断与激光调节，前者于是激光做为讯息载体，后者则以激光做为能量载体。
在激光诊断方面，激光可穿透到布局较深的地点停止诊断，直接响应布局病况，给大夫诊断供给了充足根据。
在激光调节方面，激光本领已成为临床调节的有用机谋，也成为进展医学诊断的关键本领。它束缚了医学中的很多灾题，比如激光手术调节暗语小，对布局原形没有伤害或伤害微小，毒副影响响应少。当今，激光顾床运用畛域囊括远视更正、视网膜补缀、龋齿修理、分子级微创手术等，暂时激光医学的非凡运用钻研首要呈如今如下方面：光动力疗法治癌；激光调节血汗管疾病；准分子激光角膜成形术；激光美容术；激光纤维内窥镜手术；激光腹腔镜手术；激光胸腔镜手术；激光关节镜手术；激光碎石术；激光外科手术；激光在切合术上的运用；激光在口腔、颌面外科及牙科方面的运用；弱激光疗法等。当今，激光调节在原形钻研、新本领开采以及新征战研发和临盆等诸多方面都维持接连的、强劲的进展势头。
图：激光在口腔医学畛域的运用
4.激光加工
哄骗激光的高强度（亮度）聚焦激光束在1ms内能发射J的光能量，聚焦起来足以使材料在短时候内消融或汽化，进而对不同个性难以加工的材料停止加工处置，如：焊接、打孔、切割、热处置、光刻等。
激光加对象有精度高、畸变小、无来往、能量省等长处，其运用畛域险些能够笼罩统统死板创造业，囊括矿山死板、煤油化工、电力、铁路、汽车、船舶、冶金、调理器材、航空、机床、发电、印刷、包装、模具、制药等行业。此中关键零部件和精湛征战的磨损和腐化都能很好地哄骗激光熔覆本领停止修理和优化，成为化陈旧为奇妙的利器。
5.精湛丈量
精湛丈量是哄骗了激光单色性好、关连性强、方位性好的特色。比拟于其余测距仪，激光测距具备探测间隔远，精度高，抗搅扰，守密性好，体积小分量轻的长处。测距仪发出光脉冲，经被测标的反射后，光脉冲回到接纳系统，丈量发射与接纳时候断绝。
激光同时具备高亮度和高关连性，这使得光的多普勒效应能够在测速方面赢得运用。激光雷达于是发射激光束探测目标的地位、速率等特点量的雷达系统。从办事旨趣上讲，激光雷达与微波雷达没有根底的差别：向标的发射探测记号（激光束），尔后将接纳到的从标的反射归来的记号（标的回波）与发射记号停止对比，做合适处置后，便可赢得目标的相关讯息，如标的间隔、方位、高度、速率、姿势、甚至形态等参数，进而对飞机、导弹等标的停止探测、跟踪和区别，它在军事畛域表现偏首要的影响，也成为处境监测的有力兵器。
其余，引力波的探测也是哄骗激光干与丈量法子，停止中低频波段引力波的直接探测，观察双黑洞并合和极大品质比天体并合时孕育的引力波辐射，以及其余的六合引力波辐射经过。
激光是20世纪人类最巨大的首创之一，激光本领的运用已宽泛深入到产业、农业、军事、医学甚至社会的方方面面，对人类社会的提升正在起着越来越首要的影响，正古迹般地改动着咱们的寰宇。
起原：华夏科学院长春色学精湛死板与物理钻研所
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