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激光

1958年,人类在实验室里激发出了一种自然界中没有的光,这就是激光。 40年来,激光已经深入我们生活的各个角落。打长途电话,看 VCD,医院里做手术,煤矿里挖掘坑道,都用得着激光。那么,激光到底是什么样的光,它为什么有这么大的用途呢?

光是从物质的原子中发射出来的。原子获得能量以后处于不稳定状态,它会以光子的形式把能量发射出去。但是,普通的光源,例如白炽灯,灯丝中每个原子在什么时刻发光,朝哪个方向发光,都是不确定的,发光的频率也不一样。这样的光在叠加时,一会儿在空间的某点相互加强,一会儿又在这点相互削弱,不能形成稳定的亮区和暗区,所以不能发生干涉。这样的光是不相干光。只有频率相同、步调协调的光才是相干光。激光是一种人工产生的相干光,这是它的第一个特点。

由于激光是相干光,所以它能像无线电波那样进行调制,用来传递信息。光纤通信就是激光和光导纤维相结合的产物。

激光的另一个特点是它的平行度非常好。由于平行度好,所以在传播很远的距离后仍能保持一定的强度。激光的这个特点使它可以用来进行精确的测距。对准目标发出一个极短的激光脉冲,测量发射脉冲和收到回波的时间间隔,就可以求出目标的距离。激光测距雷达就是根据这个原理制成的。多用途的激光雷达不仅可以测量距离,而且能根据多普勒效应测出目标的运动速度,从而对目标进行跟踪。

由于平行度好,激光可以会聚到很小的一点。让这一点照射到 VCD机、 CD唱机或计算机的光盘上,就可以读出光盘上记录的信息,经过处理后还原成声音和图像。由于会聚点很小,光盘记录信息的密度很高。

激光还有一个特点是亮度高,也就是说它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。如果把强大的激光束汇聚起来照射到物体上,可以使物体的被照部分在不到千分之一秒的时间内产生几千万度的高温,最难熔化的物质在这一瞬间也要汽化了。因此,我们可以利用激光束来切割各种物质,焊接金属以及在硬质材料上打孔。医学上可以用激光作“光刀”来切开皮肤、切除肿瘤,还可以用激光“焊接”剥落的视网膜。

原子核聚变时释放的核能是一种很有希望的能源。怎样使原子核在人工控制下进行聚变反应,这是各国科学家研究的重要课题。一个可能的实现途径是,把核燃料制成小颗粒,用激光从四面八方对它进行照射,利用强激光产生的高压引起聚变。

激光的应用远不止这些,而且还在不断发展。这方面的介绍文章很多,报刊、电视中也常有最新进展的报道,同学们应该留心。