探秘激光

周军

60年前，美国物理学家西奥多·梅曼宣布世界上第一台激光器诞生。这种颜色鲜亮、始终会聚在一起的光，成为人类在20世纪继核能、电脑、半导体之后的又一重大发明。

60年来，激光被广泛应用于各种领域，被称为“最快的刀”“最准的尺”“最亮的光”，甚至有人将激光与太阳光并列，认为它已成为人类生活中的重要部分。在人类走向未来世纪的路途中，激光还将承担起更多重任。

谈起激光，人们首先想到的可能是科幻大片中的激光武器，或是现代医疗中的激光手术刀，工业体系中的激光切割、焊接等。那么，激光究竟是如何产生的？它又有怎样与众不同的特点，使它在近代光学中独领风骚？

激光的问世，离不开物理学泰斗爱因斯坦的贡献。1917年，他提出光的“受激发射跃迁理论”——普通光源自发辐射随机产生的光子如同散漫的平民，而受激辐射发射的光子犹如一支纪律严明的“军队”，即光子的发射方向相同、波长相同，进而大幅度地提高了光源的亮度和相干性，这就是激光。

目前，激光广泛应用于军事、科研、工业、医学、航天信息以及娱乐生活中。因此，激光与原子能、计算机、半导体并称为“20世纪人类的四大发明”。

激光由于其高能量、高方向性和单色性，在军事领域常见的应用有激光测距、激光制导、激光雷达等;在科学研究中，激光的主要研究方向有超快激光、高功率激光、激光与物质相互作用、激光加速器、激光材料、激光化学等。

在工业界，激光可用于加工、切割大部分传统工艺方法无法加工的超硬材料和稀有金属等，以及3D打印特殊材料物质——这些技术不仅适用于汽车、冶金、电气仪表领域，在芯片刻蚀、制造中也有广泛应用。

在医学界，激光技术同样获得了广泛应用。1960年，世界上第一台红宝石激光器研制成功。次年，红宝石激光视网膜凝固机在眼科获得首次应用。到目前为止，临床上使用的激光医疗设备已有几十个品种，横跨基础医学、临床诊断和治疗等领域。

在航空航天、信息技术等领域，激光基于其通信频带宽、光通容量大、成本低等优点，已经开始逐步替代无线电通信。

在娱乐生活中，同样处处可见激光的身影，如激光投影、激光音乐喷泉、激光彩色内雕等。激光已经融入人们的日常生活，成为不可或缺的重要工具之一，为人类生产和文明进步作出了重要贡献。

目前，激光冷却技术能够达到的最低温度低于零下273.14℃，比传统的磁致冷和稀释制冷的温度低四个量级，已非常接近绝对零度。

此外，激光还被广泛应用于通讯领域。近年来，大家耳熟能详的量子通讯和量子计算机领域都离不开激光技术。目前，所有量子通信网络中都必须依靠激光通信作为载体来辅助产生、传递、发送信号。

说起人工降雨，我们并不会感到陌生。在干旱的季节，为了满足农业的雨水需求，人们常常会用飞机或者高射炮向云中播撒碘化银等催化剂，它们可以在云中形成凝结核，使云中的水气聚拢凝成水滴或冰晶，当水滴达到一定的重量时，便会向下坠落，形成降雨。

过去的50多年里，人们一直在使用这样的方法来进行人工降雨，但是这种催化降水方式的效率同云層中本来含有多少水分息息相关，因此很难预测。另外，碘化银分子通过这种方式进入大气，会不会给环境造成不良影响，我们也很难判定。

科学家直接用激光射击云朵，结果发现，只要云朵本身含有的水分较多，就能成功地形成降水并增加降水量。

激光诞生60年来，已完全融入人类生产生活的方方面面。激光的发展还在继续，我们有理由相信，未来激光的广泛应用会让人类生活得更加美好。