激光技術發(fā)展50年：從無用到無盡可能

從最初被發(fā)明時的“無用武之地”，到成為互聯(lián)網(wǎng)光纖骨干網(wǎng)及清潔聚變能研究的基礎，激光技術經(jīng)過了50年的發(fā)展，卻仍然是個充滿潛能的“未來派”。下面的幾幅圖展示了激光技術這50年來的演變歷史。

　　第一束激光。1960年，西奧多·梅曼（Theodore Maiman）在加利福尼亞州馬里布的休斯研究實驗室設計和建造了一臺小型的激光發(fā)生器。將閃光燈線圈纏繞在指尖大小的紅寶石棒上，產(chǎn)生了第一條激光，從此開啟了激光時代。
　　梅曼的實驗說明，閃光燈的強光可以給紅寶石棒充能，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。 （相干光：兩相干光滿足頻率相同，振動方向相同，相位差恒定。由于激光光束的能量強大到足以在刀片上鉆洞，物理學家使用穿透刀片的數(shù)量作為激光能量的計量單位。）

　　激光武器。軍事機構和小說家目睹了射線槍從漫畫書里的虛構變?yōu)楝F(xiàn)實的過程，所以他們在激光剛剛被發(fā)明時，就看到了激光作為武器的潛力。1964年，007電影《金手指》中大反派“金手指”奧瑞克威脅邦德，要用激光將他鋸成兩半——這在當時，還是純粹的幻想。

　　三維激光。全息技術發(fā)明于1948年，以提高電子顯微鏡的分辨率，但埃米特·利斯（Emmett Leith）和朱瑞斯·烏帕特尼克斯（Juris Upatnieks ）在1964年使用激光對全息技術進行了徹底改造，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，其中一束激光先被反射到被攝物體上，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。

　　夢幻激光：剛開始時，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)生不可見的紅外光。第一次實現(xiàn)七彩激光的是離子激光器，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。激光秀從此誕生。

　　無處不在的激光。激光技術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）發(fā)明了制作半導體二極管激光器的改進方法，讓激光真正地無處不在。他們因此獲得了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、紅色激光筆和全球電信網(wǎng)絡的骨干中。

　　無盡的刀片。在工業(yè)上，激光被用來作為鋸和鉆頭，而且它永遠不會變鈍。激光第一次作此用途是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，必須要非常龐大才能提供足夠的能量，但新的固態(tài)激光器卻令人吃驚的小巧：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。

　　激光外科手術。激光在醫(yī)學上的首次成功應用是進行眼內手術，但是不需要切開眼球。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，致使糖尿病人失明。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，或者使胎記和刺青褪色。

　　激光之母。受控核聚變很久以來都是人們認為最理想的清潔能源發(fā)電方式。1962年，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的物理學家約翰·納科爾斯（John Nuckolls）在加利福尼亞州利弗莫爾，提出用激光脈沖加熱和壓縮的重氫同位素塊實現(xiàn)受控核聚變。從那以來，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實驗設施中達到巔峰。 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，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。美國國家點火實驗設施 (NIF)是美國出于研究核聚變反應設想而建造的試驗裝置。）

來源： 網(wǎng)易探索