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淺談神秘之光——激光(科技大觀)

cici 來源:人民日報2019-01-17 我要評論(0 )   

作為(wei) 20世紀人類重大發明之一,激光已經融入經濟社會(hui) 的方方麵麵。2018年諾貝爾物理學獎頒給了在激光物理領域做出突破貢獻的3位科

作為(wei) 20世紀人類重大發明之一,激光已經融入經濟社會(hui) 的方方麵麵。2018年諾貝爾物理學獎頒給了在激光物理領域做出突破貢獻的3位科學家,突顯激光的重要作用。

  從(cong) 字麵解釋,激光是指通過受激輻射對光進行放大。當一束光經過一個(ge) 物體(ti) 時,在某種特殊條件下能夠發生受激輻射,輻射出來的光和入射光一模一樣。這個(ge) 過程就好像是通過一個(ge) 光的克隆機,把入射光放大了。由於(yu) 其獨一無二的光學特性,激光又被稱為(wei) “最亮的光”“最準的尺”以及“最快的刀”。激光還有極好的方向性,比如,地球距離月球約38萬(wan) 千米,若使用激光照射,在月球表麵形成的光斑不到2000米;而相同情況下,其他光源產(chan) 生的光斑早已覆蓋整個(ge) 月球。

  自1960年第一台激光器發明以來,經過不斷發展,激光已廣泛應用於(yu) 光纖通信、美容、打印、眼科手術、武器和測距等領域。2018年諾貝爾物理學獎得主之一阿什金,於(yu) 上世紀80年代發明了光鑷技術,利用聚焦的激光,像鑷子一樣把微小物體(ti) 夾起來進行移動。如今,光鑷已成為(wei) 許多物理學家、化學家和生物學家必不可少的工具,幫助他們(men) 精確地操作原子、分子、細菌、病毒和細胞等,為(wei) 研究微觀現象開啟了一扇大門。

  根據工作方式,激光可分為(wei) 連續激光和脈衝(chong) 激光。脈衝(chong) 激光在時間上表現為(wei) 一個(ge) 接著一個(ge) 的光脈衝(chong) ,其峰值功率會(hui) 遠遠大於(yu) 連續激光。形象地說,連續激光好比10米深的平靜水麵,而脈衝(chong) 激光就像1米深的水麵上形成了一個(ge) 足有1000米高的波浪。激光脈衝(chong) 的寬度,可以短於(yu) 1皮秒(1皮秒等於(yu) 萬(wan) 億(yi) 分之一秒),甚至到飛秒(1飛秒等於(yu) 千萬(wan) 億(yi) 分之一秒)量級。將能量集中在這麽(me) 短的時間內(nei) ,其峰值功率之高可想而知。

  2018年另外兩(liang) 位諾貝爾物理學獎得主穆魯和斯特裏克蘭(lan) ,於(yu) 1985年發明了啁啾脈衝(chong) 放大技術,得到了峰值功率極高的超短脈衝(chong) 。這種峰值功率很高的超短激光能夠精確地在不同材料上實現切割和鑽孔,已廣泛用於(yu) 激光視力矯正手術以及精密加工,如手機的顯示屏和內(nei) 部精小部件。而在研究物質內(nei) 部動態過程時,利用飛秒量級的激光脈衝(chong) 可以對原子和分子進行拍照,讓科學家們(men) 洞察微觀世界的秘密。

  此外,借助啁啾脈衝(chong) 放大技術,不少國家正在建設超強激光裝置。中國在該領域具有非常紮實的基礎,近年來不斷取得突破性成果。利用這種強激光裝置,能夠在實驗室裏製造極端物理條件,有望揭示新的物理規律。

  毫無疑問,豐(feng) 富多樣的激光技術為(wei) 我們(men) 提供了認識世界和改變世界的強大工具。相信在科學家們(men) 的共同努力下,更加神奇的激光技術將會(hui) 不斷湧現。

  (作者為(wei) 中國科學院物理研究所研究員)  

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