激光一經產(chan) 生，便立刻發出了絢麗(li) 的光芒，照進了人類的生活。國防科技大學孫曉泉研究員為(wei) 您講述——

“神奇之光”的神奇之處

激光是20世紀以來繼量子物理學、核能、計算機、半導體(ti) 之後，人類的又一重大發明。因為(wei) 它是原子受激輻射發出的光，所以稱為(wei) “激光”。

激光原本在自然界並不存在，它的誕生最早來自愛因斯坦在解釋黑體(ti) 輻射定律時提出的假說，即光的吸收和發射可經由受激吸收、受激輻射和自發輻射3種基本途徑。其中，受激輻射可使一個(ge) 光子先後激發出很多個(ge) 性質相同的光子，頻率和步調整齊一致，從(cong) 而出現一束弱光最終激發出強光的現象，即“受激輻射的光放大”。這就是愛因斯坦的“受激輻射”理論，他從(cong) 理論上預言了原子發生受激輻射的可能性。因此，物理界將激光產(chan) 生機理溯源於(yu) 愛因斯坦的假說。這樣算來，激光至今已有了上百年曆史。

從(cong) 1916年愛因斯坦提出“受激輻射”理論，到1960年人類獲得第一束激光、世界上第一台激光器誕生，整整用了43年。可見，科學家為(wei) 了獲得這束光是多麽(me) 艱難而漫長。最難得到的往往都是最好的，激光更是這樣，它一經問世，便被譽為(wei) “神奇之光”。那麽(me) ，它有何神奇之處呢？

定向發光，方向性好。普通光源是向四麵八方發光，如果要讓其朝一個(ge) 方向照射，必須給光源裝上一個(ge) 聚光裝置，如探照燈。激光天生就是朝一個(ge) 方向發光，發散角非常小，方向集中，接近平行。1962年，人類第一次使用激光照射月球，在相隔約38萬(wan) 千米遠的月球表麵上，其光斑直徑不到兩(liang) 公裏。

亮度極高，能量密度大。普通光源中，太陽的亮度最高，而激光與(yu) 太陽光相比，亮度要高百億(yi) 倍，是目前最亮的光。激光器發射大量光子，短時間裏聚集巨大能量，聚焦一點可產(chan) 生百萬(wan) 甚至上千萬(wan) 攝氏度的高溫。

相位一致，相幹性好。相幹性是所有波的共性，激光的所有光子都相同且步調一致，其橫截麵上各點間有固定的相位關(guan) 係，具有很好的空間相幹性，成為(wei) 最好的相幹光源，而普通光的光波並不同步，屬於(yu) 非相幹光。

顏色極純，單色性好。普通光源發射的光子，波長（或頻率）各不相同，不同波長對應有不同顏色。而激光不僅(jin) 波長（或頻率）基本一致，且譜線寬度很窄，因此，它是一種顏色極純的單色光。

自從(cong) 人類發現了激光，特別是激光器的誕生，它便以其無與(yu) 倫(lun) 比的優(you) 越性在各個(ge) 領域得到廣泛應用。從(cong) 1961年首次在外科手術應用激光殺滅視網膜腫瘤，到今天激光焊接、激光測距、激光雕刻、激光通信、激光醫療等，已廣泛應用於(yu) 工業(ye) 生產(chan) 、信息處理、醫療衛生、文化教育、影視藝術以及科學研究等諸多領域，帶來了一係列令人難以置信又不得不信的變革性突破。

在工業(ye) 領域，運用激光束能量集中的優(you) 點切割材料，激光束將切割線部位熔化，同時將熔化材料吹走，切割麵平整而光滑。采用短脈衝(chong) 激光對材料表麵快速作用進行激光清洗，可將鐵鏽、油漆、氧化膜等一掃而光。利用激光束高密度能量等特點，還創造出激光焊接、熔覆、雕刻、打標、打孔、3D打印等新技術。用激光作為(wei) 測距光源，可測距離遠且精度極高。在信息通信領域，一條用激光傳(chuan) 送信號的光纜，可以攜帶相當於(yu) 2萬(wan) 根電話銅線所攜帶的信息量，且保密性好、抗幹擾能力強。在醫療衛生方麵，常見的有激光手術、激光碎結石、激光矯視、激光美容等。因此，它被稱為(wei) 是“最亮的光”“最快的刀”“最準的尺”。

隨著技術進步和工藝水平的提高，未來激光器將朝著脈衝(chong) 速度更快、平均功率更高、光束質量更好、譜線寬度更窄的方向發展。近年來，該領域正朝著可調諧固體(ti) 激光器、超快光纖激光器、大能量紫外激光器應用等激光加工和激光感知方向快速發展，在信息技術、新能源、新材料、智能製造、生物醫療、電子及航空航天等方麵的應用越來越廣泛，發揮出巨大的創新驅動作用。

你相信嗎？一束總能量不足以煮熟一個(ge) 雞蛋的激光，能穿透3毫米厚的鋼板。

激光束能量瞬間高度集中的這一特點，使得它在軍(jun) 事領域有了用武之地。1983年，時任美國總統裏根在談到“星球大戰”時，第一次描繪了基於(yu) 太空的激光武器，從(cong) 此，激光武器走進人們(men) 的視野。此後，美國、俄羅斯、法國、以色列等國憑借其科技優(you) 勢，在激光武器研究方麵不斷取得進展，多種激光武器和激光製導武器不斷問世。

激光武器是一種利用定向發射的激光束直接毀傷(shang) 目標或使其失效的定向能武器。它主要由激光器和跟蹤、瞄準、發射裝置等部分組成，其主要特點，一是攻擊速度極快，激光束可以每秒30萬(wan) 公裏速度向目標發射；二是攻擊功率高，短時間內(nei) 集中的能量，遠遠超過相同時間核武器釋放的能量，對目標進行遠距離毀傷(shang) ，卻不會(hui) 產(chan) 生放射性汙染；三是不受電磁幹擾，可以靈活地改變方向，實現快速、精確打擊。

根據作戰用途的不同，激光武器可分為(wei) 戰術激光武器和戰略激光武器，根據能量大小，又相對應地分為(wei) 低能和高能激光武器。

戰術激光武器以激光作為(wei) 能量，可像常規武器那樣直接擊毀火箭彈、無人機等武器或敵方光電設備，如激光槍和激光炮。戰略激光武器則主要用於(yu) 擊毀洲際導彈、致盲或摧毀衛星等，自上世紀70年代以來，美俄兩(liang) 國以多種名義(yi) 進行了數十次反衛星激光武器試驗。近年來，高能激光武器研製取得長足進步。2017年，美國研製的名為(wei) “雅典娜”的地麵機動式、大功率光纖激光武器，在測試中成功擊落了5架無人機，驗證了其對空中目標的殺傷(shang) 力。德國研製的高能激光武器係統 “天空衛士”，在測試中成功擊落了以每秒50米速度飛行的無人機，燒穿了1千米外、15毫米厚的裝甲鋼板，效果“出奇的好”。今年3月1日，俄羅斯宣布在新一代高能激光武器係統的研發上取得重大進展，並公布了新型機動型高能激光武器係統的影像資料。

其實，激光在軍(jun) 事領域的應用遠不止這些。如有著自主導航係統“CPU”之譽的激光陀螺，它可以使飛機、艦船、火箭、導彈等運動載體(ti) 不依賴外部導航信息，實現精確定位、精確控製、精確打擊，但激光陀螺的研製與(yu) 生產(chan) 難度極大，工藝要求也高。此外，還有激光雷達、激光製導、激光模擬訓練器材等。

前不久，2018年諾貝爾物理學獎揭曉，來自美國、法國和加拿大的科學家共同獲得該獎，以表彰他們(men) 在激光物理領域的突破性貢獻。

“一束光”的研究與(yu) 發明成果先後10次獲得諾貝爾物理學獎，它的廣泛應用更是帶來了一係列突破性創新，演繹著無數的光榮與(yu) 夢想。