關(guān)于激光你所不知的20牛事

激光是20世紀(jì)以采，繼原子能、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體之后，人類的又一重大發(fā)明，被稱為“最快的刀”“最準(zhǔn)的尺”“最亮的光”和“奇異的激光”。它的亮度約為太陽光的100億倍……

1.我們應(yīng)該感謝激光幫助我們度過每一天。這項(xiàng)技術(shù)讓我們可以完成收銀臺(tái)掃描雜貨、觀看DVD、感受俱樂部或音樂會(huì)迷人的燈光效應(yīng)、洗掉不喜歡的紋身等很多事情。

2.激光這個(gè)詞是在1957年被創(chuàng)造的，是一個(gè)縮寫。激光LASER實(shí)際上是受激發(fā)射輻射的光放大的英文首字母的縮寫。激光的原理早在1916年就被著名的美國物理學(xué)家愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，但直到1960年才被成功制造。

3.1916年愛因斯坦提出“受激發(fā)射”理論：一個(gè)光子使得受激原子發(fā)出一個(gè)相同的光子。這一理論是說在組成物質(zhì)的原子中，有不同數(shù)量的粒子（電子）分布在不同的能級(jí)上，高能級(jí)上的粒子受到某種光子的激發(fā)，會(huì)從高能級(jí)跳到低能級(jí)上，這時(shí)將會(huì)輻射出與激發(fā)它的光相同性質(zhì)的光，而且在某種狀態(tài)下，能出現(xiàn)一個(gè)弱光激發(fā)出一個(gè)強(qiáng)光的現(xiàn)象。這就叫做“受激輻射的光放大”，簡稱激光。

4.激光與太陽光、閃光燈、火炬光有什么不同？火炬等發(fā)出的光在所有方向上傳播，并由不同的顏色組成發(fā)出白光。來自激光的光是單色的，只由一種波長（顏色）組成，所有射出的光都在一個(gè)方向上，并且光線彼此平行并且是同向的。這就是為什么激光比火炬更亮。

5.有許多種類的激光器，但它們都有一個(gè)共同點(diǎn)，它們通過稱為受激發(fā)射的過程工作。材料中的電子被激發(fā)到其原子內(nèi)的較高能級(jí)，然后被迫下降到較低的能級(jí)，導(dǎo)致光子的發(fā)射。在激光中，這些光子具有相同的波長（顏色）和能量。這些光將引起其他光子的級(jí)聯(lián)，因?yàn)樗鼈兤仁蛊渌芗る娮酉陆挡a(chǎn)生更多光子，繼續(xù)，發(fā)出非常明亮的光。

6.2016年，科學(xué)家們創(chuàng)造了一種比紅細(xì)胞更小的新型微型激光器。同年，中國上海超強(qiáng)超快激光設(shè)備（SULF）的研制工作取得重大突破，成功實(shí)現(xiàn)了10PW激光放大輸出，這是目前已知的世界最高激光脈沖峰值功率。

7.然而，SULF并不是世界上最大的激光器。美國的國家點(diǎn)火設(shè)施（NIF），是世界上最大的激光器，位于美國加利福尼亞州勞倫斯一利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室，建造和運(yùn)行成本總共花費(fèi)了35億美元，大約有三個(gè)足球場大小。在NIF，研究人員將一束激光轉(zhuǎn)變?yōu)?92束單獨(dú)的激光，其總能量增加到原來能量的3000萬億倍。

8.最終，研究人員希望利用NIF的能量來觸發(fā)核聚變反應(yīng)。以前，激光被用來引發(fā)聚變反應(yīng)，但NIF的目標(biāo)

是成為第一個(gè)突破平衡點(diǎn)的設(shè)施，即激光在聚變反應(yīng)中產(chǎn)生的能量大于它們所消耗的能量。但是，人們希望NIF做更多下作。它的激光還能夠模擬中子星、行星內(nèi)核、超新星和核武器中存在的巨大壓力、灼熱高溫和龐大磁場。

9.1964年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的一半授予美國馬薩諸塞州坎布里奇麻省理工學(xué)院的湯斯，另一半授予蘇聯(lián)莫斯科蘇聯(lián)科學(xué)院列別捷夫物理研究所的巴索夫和普羅霍羅夫，以表彰他們從事量子電子學(xué)方面的基礎(chǔ)工作，這些工作帶來了基于微波激射器和激光原理制成的振蕩器和放大器。三位科學(xué)家共同獲得了1964年諾貝爾獎(jiǎng)，湯斯用微波實(shí)現(xiàn)了激光器的前身——微波受激發(fā)射放大（MASER），并被稱為激光之父。

10.但是在這之前，湯斯的博士生戈登·古爾德就已經(jīng)設(shè)計(jì)出了一個(gè)這種設(shè)備。古爾德起訴并最終于1977年獲得了專利權(quán)。1960年，西奧多·梅曼制成了第一臺(tái)紅寶石激光器。1961年，激光首次在外科手術(shù)中用于殺滅視網(wǎng)膜腫瘤。

11.從那以后，與激光有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)很多。2017年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予美國科學(xué)家雷納·韋斯、巴里·巴里什和基普·索恩，以表彰他們?yōu)椤凹す飧缮嬉Σㄌ煳呐_(tái)”項(xiàng)目和發(fā)現(xiàn)引力波所作的貢獻(xiàn)。

12.日前，在一項(xiàng)研究中，研究人員使用近紅外光識(shí)別出了高風(fēng)險(xiǎn)斑塊。通過增加當(dāng)前用于動(dòng)脈（動(dòng)脈粥樣硬化斑塊）中脂肪堆積成像的光波長，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)可以選擇性地鑒定容易破裂的沉積物，使用這樣創(chuàng)新的激光技術(shù)能協(xié)助醫(yī)療人員檢測即將發(fā)生的心臟病帶來的威脅，降低死亡率。事實(shí)上，激光技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用還遠(yuǎn)不止于此。

13.激光在另一種測量方法中扮演主角：光探測和測距。激光雷達(dá)系統(tǒng)射出激光脈沖，計(jì)算脈沖反彈所需的時(shí)間，并確定物體的距離，如蝙蝠使用回聲定位尋找晚餐。1969年，激光用于遙感勘測，激光被射向阿波羅11號(hào)放在月球表面的反射器，測得的地月距離誤差在幾米范圍內(nèi)。

14.激光雷達(dá)將成為無人駕駛汽車技術(shù)很重要的一部分。工程師正在試驗(yàn)它以監(jiān)控車輛的周圍環(huán)境并判斷何時(shí)制動(dòng)。

15.考古學(xué)家使用安裝在飛機(jī)上的激光雷達(dá)技術(shù)，繪制不同類型的周圍環(huán)境：隱藏在茂密叢林下的地點(diǎn)。2016年，使用激光雷達(dá)的研究人員描述了柬埔寨熱帶雨林中的大城市遺跡地圖。廣泛的城市網(wǎng)絡(luò)在12世紀(jì)達(dá)到了頂峰，這可能是當(dāng)時(shí)地球上最大的帝國。

16.目前為止，偉大的熱帶文明一直是最神秘的。類似地，我們知之甚少的位于非洲的剛果王國和貝寧王朝也同樣被大面積的森林所覆蓋。激光雷達(dá)技術(shù)很可能幫助我們尋找一些問題的答案。這些發(fā)現(xiàn)給我們帶來的不僅僅是古代遺址的漂亮照片，還有可能顛覆我們對(duì)一些古代文明是如何瓦解的認(rèn)知。

17.與此同時(shí)，天文學(xué)家使用激光來測量地球大氣層的實(shí)時(shí)湍流。有了這些信息，他們可以調(diào)整望遠(yuǎn)鏡以解決大氣模糊問題并制作更清晰的圖像，這種技術(shù)稱為自適應(yīng)光學(xué)。自適應(yīng)光學(xué)是補(bǔ)償由大氣湍流或其他因素造成的成像過程中波前畸變的最有前景的技術(shù)。

18.自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)系統(tǒng)能精確地提供其他恒星系統(tǒng)中的系外行星圖像。如果飛機(jī)飛人其中一個(gè)激光束，機(jī)組人員可能會(huì)迷失方向。使用自適應(yīng)光學(xué)器件的設(shè)施的觀察員，其工作是觀察夜空偏離激光束太近的飛機(jī)，準(zhǔn)備擰動(dòng)緊急開關(guān)。

19.1983年里根總統(tǒng)發(fā)表了綽號(hào)為“星球大戰(zhàn)”的基于激光的戰(zhàn)略防御計(jì)劃的演講，描繪了基于太空的激光武器。但激光武器并非都是虛構(gòu)的。美國國防部正在開發(fā)可以拆除無人機(jī)甚至小型飛機(jī)和船只的系統(tǒng)。

20.《星球大戰(zhàn)》這部電影的一大特色是一顆巨大行星所發(fā)射的破壞性性激光，但當(dāng)科學(xué)家們?cè)谖覀兊脑虑蛏仙鋼艏す鈺r(shí)，是出于和平目的。執(zhí)行阿波羅任務(wù)的宇航員將光束射向月球上的鏡像陣列。在這些月球鏡上瞄準(zhǔn)激光測量到我們衛(wèi)星搭檔的精確距離，并顯示月亮正在慢慢遠(yuǎn)離我們。