Question

激光有哪些作用？

Answer 1

现代物理学告诉我们：各种发光物质的原子也同其他物质一样，是由原子核和若干个电子组成的。电子运动的轨道挺像洋葱头，是分层排列的。在外来能量的作用下，原子内层轨道上的电子能吸收外来的能量跳到外层轨道上，由低能级电子变为高能级电子。这种高能级电子面临着两种命运：一种是自行跳回低能级，把从外界吸收的一份能量以光子形式释放出来，发出我们常见的普通光；另一种则是从外界射入一个光子，从电子身上打出一个与其一模一样的光子，并使电子跳回低能级，同时发出一种特殊的光——激光。前一种情况是辐射理论中的自发辐射过程，像太阳光、各种灯光一类的普通光都属于这种自发光过程。而后一种情况则是美国物理学家爱因斯坦所提出的受激辐射理论，这一理论为激光器的诞生奠定了理论基础。

1960年，美国物理学家梅曼就是在爱因斯坦受激辐射理论的启迪下，发明了世界上第一台激光器。梅曼以及其后继者发明了多种激光器。

与太阳系的光明使者太阳所发出的自然光相比，由激光器所发出的激光具有三种奇妙的特殊性能。一是能量高度集中，亮度极高，其单位亮度超过100万个太阳；如果将激光束汇集到一点上，可达到几千万度的高温。二是方向性强，发散的角度极小，比最好的探照灯要精确1000倍，甚至可以从1600公里以外来烧沸一壶咖啡。三是颜色最纯，它比现在最纯的单色光源——氪灯光还要纯10万倍。神奇的激光，其作用可与原子能、电子计算机和半导体相媲美，因而被誉为当今20世纪的四项重大发明之一。

继梅曼的第一台激光器问世以后，20多年来又涌现出许许多多的后起之秀。各种用途的激光器已有上百个品种和上千个型号，能发射出几百种不同波长的激光。从近紫外线、可见的七色光、红外线波段直到其长度短于一个原子振动的脉冲，应有尽有。激光已广泛地用于工农业生产、文教卫生、科研和军事国防等各行各业。

科学家惊奇地发现，由激光器发出的光束，频率单纯，相位一致，恰好是电子学在光频段所寻求的一种非常理想的正弦波电磁振荡。科学家几乎可以像处理无线电波一样地处理光波，传统的电子技术，如放大、振荡、调剂、调解、通信、雷达、计算机和信息处理等，几乎都可以延伸到光频波段。可以说，激光是电子学攻占光频段的开路先锋，将给现代通信技术带来一次划时代的变革。

与现有的无线电通信相比，激光通信有两大长处。一是激光通信具有惊人的通信容量。从长波到微波的无线电频率范围是从10千赫到30万兆赫，而光波段的频率则是从300万兆赫至150亿兆赫。两者相比，光谱频带要比无线电频带宽5万倍。用一根像头发丝那样粗细的光导纤维，就可以同时传输100亿路电话、1亿路可视电话或1000万路电视。也就是说，传送全世界现有的全部通信量，只要用一根很细的“玻璃丝”就能解决问题。二是可使通信设备做到微型化。比如，微波通信要用直径7米的抛物面天线，而激光通信只要用一个直径5厘米的透镜作天线即可达到同样目的。

激光器和光导纤维，为通信现代化开辟了广阔的道路。目前，许多国家都已开始采用光导纤维进行长途大容量通信、军用保密通信、计算机通信和数据通信。在这方面，走在前头的美国电话电报公司，正在用光导纤维缆铺设两条超级光通信电路，把东海岸和西海岸上众多城市连在一起。我国在北京、上海、武汉和南京等地的市话通信、专用通信和电视传输中，也已试用光纤通信，并计划逐步用它来替代电缆通信。展望21世纪，亿万台激光器将把世界联系起来，形成一个巨大的信息网，各国人民之间的联系交往将超越地理限制，就如同住在一个村子里那样方便。