1什麽(me) 是激光
激光是利用光能、熱能、電能、化學能或核能等外部能量來激勵物質,使其發生受激輻射而產(chan) 生的一種特殊的光。激光是光的受激輻射。
與(yu) 普通光源相比激光的特點顯而易見,方向性好(發散角小),探照燈照射到月球,看似平行的探照燈1公裏時光斑直徑10米,激光照射月球,光斑直徑約等於(yu) 2公裏。亮度極高,單色性好(顏色純)、相幹性好、光速傳(chuan) 播(3×108m/s)等都是激光的特點。
大自然中有關(guan) 光的現象無處不在,人們(men) 對於(yu) 光的認識經曆了複雜的演變過程,時至今日,尚未結束。特別是激光的出現改變了人們(men) 對光的認知。1960年,美國物理學家梅曼研製出第一台紅寶石激光器,給光學帶來一次革命,大大推動了光學以及相關(guan) 科學的發展。
2激光技術的發展
光作為(wei) 現代信息傳(chuan) 輸的載體(ti) ,其在近代科學領域發揮了很大的作用。諾貝爾物理獎也肯定光學的近代發展。從(cong) 1997年激光冷卻、2000年半導體(ti) 激光器、2005年量子光學精密測量技術、到2009年光纖通信CCD。激光技術進步帶來的巨大社會(hui) 變革,得到社會(hui) 和人們(men) 的公認。
2009年,華裔專(zhuan) 家高錕獲得諾貝爾物理獎,其從(cong) 1957年開始從(cong) 事光導纖維在通信領域應用的研究,1966年發表了一篇題為(wei) 《光頻率介質纖維表麵波導》的論文,開創性地提出光導纖維在通信上應用的基本原理。1981年第一個(ge) 光纖係統麵世。此後,利用石英玻璃製成的光纖應用越來越廣泛,全世界掀起了一場光纖通信的革命。從(cong) 此,比人的頭發還要細的光纖取代了體(ti) 積龐大的千百萬(wan) 條銅線,成為(wei) 傳(chuan) 送容量巨大的信息傳(chuan) 輸管道,徹底改變了人類的通信模式。光纖作為(wei) 光的載體(ti) 及傳(chuan) 感器件,其技術的發展及其應用,都依賴於(yu) 激光技術的進步。隨著光學的發展,特別是激光及光電子技術的進步,人們(men) 對光的認識和應用也更深入,光學已經深入到醫學、地質、航天、軍(jun) 事、娛樂(le) 等各個(ge) 社會(hui) 領域。
3激光跟光纖是一對孿生兄弟
激光的峰值功率很大,可以達到幾十萬(wan) 兆瓦,由於(yu) 它大的能量可以作為(wei) 激光切割,激光醫療、激光武器。此外,激光的應用還有激光測距、激光陀螺、激光加工。激光醫學,最簡單的應用是補牙,磨牙時的聲音,每個(ge) 患者都不願聽,但如果用激光來補牙,可以用激光將表麵牙垢,蟲牙部分切割掉,沒有聲音。激光加工,要在頭發絲(si) 粗的零件上做一個(ge) 齒輪,頭發絲(si) 隻有50微米,要在這個(ge) 上麵做一個(ge) 扁平齒輪,一般的機械手段是達不到的,隻能用激光。
光纖加激光改變了人們(men) 的生活,每家互聯網的接入都是由光纖傳(chuan) 輸的,所以現在可以和世界各個(ge) 地方聯係。光纖作為(wei) 光的載體(ti) ,它的應用發展都要依賴於(yu) 激光,光纖裏藏的不是電流,是光,這個(ge) 光就是激光。現在的光纖通信、光纖傳(chuan) 輸比以前的電磁波通信要快得多,因為(wei) 光的傳(chuan) 播速度快,每秒30萬(wan) 公裏的速度在傳(chuan) 輸。舉(ju) 個(ge) 簡單的例子,上世紀90年代初,從(cong) 國外打電話回來,話筒中能聽到自己的回音,但現在隻要手機在手,打到世界各個(ge) 角落都很清晰。
光纖傳(chuan) 感技術可以對樓宇、橋梁等大型建築的形變,以及大型變電站溫度的變化進行實時精密檢測。怎麽(me) 用光纖測大型建築物有沒有發生形變呢?在建設過程中,將光纖埋入混凝土中,通路相當於(yu) 血管,通過光纖把激光打進去,通過一定的傳(chuan) 感技術,就知道哪個(ge) 地方有微量的形變,可以馬上檢測出來。國外的摩天大樓,樓的基底都埋有光纖傳(chuan) 感器,將光纖直接澆築到水泥柱裏,可以實時監測水泥柱的形變。這就是激光加光纖的應用。
此外,利用多股光纖製作而成的光纜已經鋪遍全球,成為(wei) 互聯網、全球通信網絡的基石;光纖在醫學上也獲得了廣泛的應用,諸如胃鏡等內(nei) 窺鏡可以讓醫生看見患者體(ti) 內(nei) 的情況;光纖傳(chuan) 感技術與(yu) 係統還在工業(ye) 上獲得大量應用,在各類生產(chan) 製造和機械加工等方麵大顯身手。
4激光在航空航天上的應用
空航天發展上,激光的用武之地不容小覷。在探月工程中,嫦娥奔月要先得到月球的三維地圖,這個(ge) 時候就用到了激光,用激光進行測距,得到一張精度很高的月球地貌圖,為(wei) 下一步奔月作了貢獻。玉兔要在月球著陸,在月球表麵著陸的平台上有一個(ge) 激光測量著陸器和月球表麵的距離,從(cong) 而平穩降落。
隨著信息的高速發展,很多都需要借助網絡。去年我國發射的“墨子號”衛星,這是中國第一顆,也是世界第一顆上天的量子衛星。有人肯定會(hui) 問,量子跟激光又有什麽(me) 關(guan) 係呢?“量子通信指利用量子糾纏效應進行信息傳(chuan) 遞的一種新型的通訊方式,具有高效率和絕對安全等特點。但是一切量子通信網絡中都必須采用激光技術”,華燈鑫博士說。量子是能表現出某種物質或物理量特性的最小單元,“光的量子”(光子)是一定頻率的光的基本能量單位。經典通信較光量子通信相比,其安全性和高效性都無法與(yu) 之相提並論。安全性-量子通信絕不會(hui) “泄密”,其一體(ti) 現在量子加密的密鑰是隨機的,即使被竊取者截獲,也無法得到正確的密鑰,因此無法破解信息;其二,分別在通信雙方手中具有糾纏態的2個(ge) 粒子,其中一個(ge) 粒子的量子態發生變化,另外一方的量子態就會(hui) 隨之立刻變化,並且根據量子理論,宏觀的任何觀察和幹擾,都會(hui) 立刻改變量子態,引起其坍塌,因此竊取者由於(yu) 幹擾而得到的信息已經破壞,並非原有信息。因此,量子通信可以實現絕對保密通信。
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