激光誕生50年：從紅寶石激光器到人造太陽

據(jù)英國《新科學家》網(wǎng)站報道，當今應用廣泛的激光已經(jīng)誕生整整50年。今天激光已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)光纖骨干網(wǎng)的基礎(chǔ)，可以幫助人們尋找新型清潔聚變能源，而激光仍顯得是未來主義的。以下這組圖片反映了激光從最初誕生到應用到各個領(lǐng)域的發(fā)展過程。

1.激光的誕生

1960年在加利福尼亞州馬里布的休斯研究實驗室，西奧多?梅曼(TheodoreMaiman)設計和建造了一臺小型的激光發(fā)生器。他將閃光燈線圈纏繞在指尖大小的紅寶石棒上，產(chǎn)生了第一束激光，激光時代由此開啟，從此和人們的生活息息相關(guān)。

梅曼的實驗顯示，閃光燈發(fā)出的足以致盲的強光可以使紅寶石棒充能，這些能量隨后以純粹的紅色光脈沖的形式釋放，這些相干光有恒定的相位差，就像是列隊前進的士兵們。

2.激光武器

隨著激光的誕生，軍事機構(gòu)和小說家看到射線槍能夠成為現(xiàn)實，就開始著手打造激光武器。1964年，007電影《金手指》中大反派“金手指”奧瑞克威脅詹姆斯-邦德，要用激光將他鋸成兩半——這在當時，還是純粹的幻想。

3.三維激光

1948年科學家發(fā)明了全息技術(shù)，以提高電子顯微鏡的分辨率，但埃米特?利斯(EmmettLeith)和朱瑞斯?烏帕特尼克斯(JurisUpatnieks)在1964年使用激光對全息技術(shù)進行了徹底改造，發(fā)明了第一個不需要特制眼鏡就能看到的三維圖像。

他們用分裂的激光光束將全息圖記錄在感光片上，其中一束激光先被從被攝物體上反射開來，然后再與另一束會合，在感光片上成像。用一束與成像時相同方向的激光照射感光片，就會在觀看者眼前產(chǎn)生一幅逼真的三維圖像。這張玩具火車圖是這兩位科學家在密歇根大學的威洛?魯恩實驗室第一次記錄的全息圖。

4.夢幻激光

最初時，激光的色彩是相當有限的：氦氖激光器和紅寶石發(fā)出紅光，其他激光器則產(chǎn)生不可見的紅外線。人們借助離子激光器第一次實現(xiàn)了如彩虹般的七彩激光，它通過在氬或氪中的高壓放電產(chǎn)生激光。氬氣產(chǎn)生藍色和綠色的光，氪產(chǎn)生其他幾種顏色，兩種氣體的混合可以產(chǎn)生整個可見光譜中的顏色。夢幻的激光秀從此誕生。

紀念激光誕生50年：從射線武器到聚變供能

5.無處不在的激光

激光技術(shù)第一次走進日常生活，是美國超市使用發(fā)出紅色氦氖激光的條形碼掃描槍實現(xiàn)收款自動化。若爾斯?阿爾費羅夫(Zhores Alferovand)和赫伯特 ?克勒默 (Herbert Kroemer)改進了制作半導體二極管激光器的方法，讓激光真正地無處不在。這兩位科學家因此獲得了2000年的諾貝爾物理獎。(圖中所示為一個半導體二極管激光器和五美元鈔票大小的對比。)如今，這樣的芯片隨處可見，比如說CD播放器、藍光播放器、紅色激光筆并構(gòu)成了全球電信網(wǎng)絡的骨干。

6.用途廣泛的刀片

在工業(yè)上，激光被用作永遠不會變鈍的鋸和鉆頭。最初人們使用激光來加工硬度很高的材料，如鉆石，或非常柔軟的材料，例如嬰兒奶瓶的奶嘴。

低功率激光可以切割和焊接塑料；高功率激光可以切割和焊接金屬。早期的工業(yè)激光器，必須要有非常龐大的體形，才能產(chǎn)生足夠的能量，但新型固態(tài)激光器卻非常小巧，給人印象深刻：如今一段細光纖或幾分之一毫米厚、撲克大小的盤片就能產(chǎn)生千瓦級的能量，足以切開幾厘米厚的金屬片。

7.激光廣泛的醫(yī)學用途

激光的首次在醫(yī)學上的成功應用是進行眼內(nèi)手術(shù)，無需要切開眼球。早在1962年，一臺紅寶石激光器將病人脫落的視網(wǎng)膜與眼球重新連接，使他恢復了視力。更大的成功在1968年到來，外科醫(yī)生弗朗西斯?萊斯佩朗斯和貝爾實驗室的工程師使用氬離子激光器破壞異常的血管，以避免這些血管在視網(wǎng)膜中擴散，這種病癥后果非常嚴重，會導致糖尿病人失明。這種治療方法已經(jīng)挽救了數(shù)百萬人的視力。如今，激光也被用來切割角膜，以矯正視力，或者消除胎記和刺青。

8.激光之母

很久以來可控核聚變都是人們最理想的清潔能源產(chǎn)生方式。1962年，在加利福尼亞州的勞倫斯利弗莫爾國家實驗室，物理學家約翰?納科爾斯(John Nuckolls)，提出用激光脈沖加熱和壓縮重氫同位素塊來實現(xiàn)可控核聚變。

自此之后，勞倫斯利弗莫爾實驗室一直追尋著這個理念，他們使用的激光器也越來越大，終于在美國國家點火裝置(National Ignition Facility))中達到巔峰。這是一個復雜的系統(tǒng)，可以同時發(fā)出192束激光，去年，在十億分之幾秒的時間內(nèi)，產(chǎn)生了能量達到100萬焦耳的激光脈沖，使之成為有史以來能量最強的激光器。國家點火裝置是美國科學家研制的、世界最大的激光核聚變裝置。據(jù)悉，這個被稱為“人造太陽”的裝置能產(chǎn)生類似恒星內(nèi)核溫度和壓力，使美國在無需核試的情況下保持核威懾力。