导语：自1960年美国研发成功国际上第一台红宝石激光器，我国也于1961年研发成功国产首台红宝石激光器（诞生于中国科学院长春光学精细机械研讨所）以来，激光技能被认为是20世纪继量子物理学、无线电技能、原子能技能、半导体技能、电子计算机技能之后的又一严重科学技能新成果。

　　现在，咱们家顶用的CD和DVD播放器，办公室的激光打印机和商场的条码扫描器都有激光。人们用激光医治近视视力，经过光纤网络发送邮件阅读视频。不管咱们是否意识到，咱们每个人每天都运用激光，但是有多少人真实了解激光是什么，怎么作业？

　　激光，是一种自然界本来不存在的，因受激而宣布的，具有方向性好、亮度高、单色性好和相干性好等特性的光。

　　激光的发生机理可以溯源到1917年爱因斯坦解说黑体辐射规律时提出的假说，即光的吸收和发射可经由受激吸收、受激辐射和自发辐射三种底子进程。众所周知，任何一种光源的发光都与其物质内部粒子的运动状况有关。当处于低能级上的粒子（原子、分子或离子）吸收了恰当频率外来能量（光）被激起而跃迁到相应的高能级上（受激吸收）后，总是力求跃迁到较低的能级去，一起将剩余的能量以光子办法开释出来。

　　假如光是在没有外来光子效果下自发地开释出来的（自发辐射），此刻被开释的光即为一般的光（如电灯、霓虹灯等），其特色是光的频率巨细、方向和步骤都很不一致。

　　但假如是在外来光子直接效果下由高能级向低能级跃迁时将剩余的能量以光子办法开释出来（受激辐射），被开释的光子则与外来的入射光子在频率、位相、传达方向等方面完全一致，这就意味着外来光得到了加强，咱们称之为光扩大。

　　而激光的发生需求满意三个条件：粒子数回转、谐振腔反响和满意阈值条件。经过受激吸收，使处于高能级的粒子数比处于低能级的越多（粒子数回转），还需求在有源区两头制作出可以反射光子的平行反射面，构成谐振腔，并使增益大于损耗，即相一起间新发生的光子数大于散射吸收掉的光子数。只要满意了这三个条件，才有或许发生激光。

　　1.方向性好——一般光源（太阳、白炽灯或荧光灯）向五湖四海发光，而激光的发光方向可以约束在小于几个毫弧度立体角内，这就使得在照耀方向上的照度前进千万倍。激光每200千米分散直径小于1米，若射到距地球3.8×105km的月球，光束分散不到2千米，而一般探照灯几千米外就分散到几十米。

　　2.亮度高——激光是今世最亮的光源，只要氢弹爆破瞬间激烈的亮光才干与它比较较。太阳光亮度大约是1.865×109cd/m2，而一台大功率激光器的输出光亮度可以高出太阳光的亮度7～14个数量级。

　　尽管激光的总能量并不必定很大，但因为能量高度会集，很简单在某一微小点处发生高压和几万摄氏度甚至几百万摄氏度的高温。激光打孔、切开、焊接和激光外科手术等实践运用便是使用了这一特性。

　　3.单色性好——光是一种电磁波。光的色彩取决于它的波长。一般光源宣布的光一般包含着各种波长，是各种色彩光的混合。太阳光包含红、登、黄、绿、青、蓝、紫七种色彩的可见光以及红外光、紫外光等不可见光。

　　而某种激光的波长只会集在十分窄的光谱波段或频率规模内。如氦氖激光的波长为632.8纳米，其波长改变规模不到万分之一纳米。激光杰出的单色性为精细度仪器丈量和鼓励某些化学反响等科学实验供给了极为有利的手法。

　　4.相干性好——干与是动摇现象的一种特色。根据激光具有高方向性和高单色性的特性，它必定会是相干性极好的光。激光的这一特性使全息照相成为实际。

　　在光源中，完成能级粒子数回转是完成光扩大的条件，也便是发生激光的先决条件。要完成粒子数回转，需凭借外来光的力气，使很多本来处于低能级的粒子跃迁到高能级上去，这个进程咱们称之为“鼓励”。

　　咱们一般所说的激光器，便是使光源中的粒子遭到鼓励而发生受激辐射跃迁，完成粒子数回转，然后经过受激辐射而发生光的扩大的设备。激光器尽管多种多样，但任务都是经过鼓励和受激辐射而取得激光。因而激光器一般均由激活介质（即被鼓励后能发生粒子数回转的作业物质）、鼓励设备（即能使激活介质发生粒子数回转的动力，泵浦源）和光谐振腔（即能使光束在其间重复振荡和被屡次扩大的两块平面反射镜）三个部分组成。

　　因为咱们可以以许多不同的办法激起许多不同品种的原子，咱们可以（理论上）制作许多不同品种的激光。

　　激光器有多种分类办法，其间最著名的是固体，气体，液体染料，半导体和光纤激光器。固态激光器介质是相似红宝石棒或其他固体结晶资料，而且环绕在其上的亮光管泵送其充溢能量的原子。为了有用地作业，固体有必要掺杂，这是一种用杂质离子替代一些原子的进程，使其具有恰当的能级以发生必定准确频率的激光。固态激光器发生高功率光束，一般是十分短的脉冲。比较之下，气体激光器运用惰性气体（即所谓的准分子激光器）或二氧化碳（CO2）作为介质的化合物发生接连的亮光。 CO2激光器功能强大，效率高，常用于工业切开和焊接。液体染料激光器运用有机染料分子的溶液作为介质，首要长处是可用于发生比固态和气体激光器更宽的光频带，甚至可“调谐”以发生不同的频率。

　　按波长来分，掩盖的波长规模包含远红外、红外、可见光、紫外直到远紫外，最近还研宣布X射线激光器和正在开发的γ射线光器；

　　按鼓励办法不同，有光鼓励（光源或紫外光鼓励）、气体放电鼓励、化学反响鼓励、核反响鼓励等；

　　从功率输出的巨细来看，其间接连的输出功率小至微瓦级，最大可达兆瓦级。脉冲输出的能量可从微焦耳至10万以上焦耳，脉冲宽度由毫秒级到皮秒级甚至飞秒级（1000万亿分之一）。

　　林林总总激光器满意不同的运用要求。如激光加工和某些军用激光都要求高功率激光或高能量激光（即所谓强激光）。有的期望脉冲时刻尽量缩短，以从事某些特快进程的研讨。有的还对前进光的单色性、改进输出光的形式、改进光斑的光强散布以及要求波长可调等提出了很高的要求。这些要求促进着激光器的研讨者不断探究，从而使激光器的探究深度和运用广度得到史无前例的开展。

　　所谓激光技能，便是探究开发各种发生激光的办法以及探究运用激光的这些特性为人类谋福的技能的总称。

　　50多年来，激光技能与运用开展迅猛，已与多个学科相结合构成多个运用技能范畴，比方光电技能，激光医疗与光子生物学，激光加工技能，激光检测与计量技能，激光全息技能，激光光谱剖析技能，非线性光学，超快激光学，激光化学，量子光学，激光雷达，激光制导，激光别离同位素，激光可控核聚变，激光兵器等。这些穿插技能与新的学科的呈现，大大地推动了传统工业和新兴工业的开展。

　　半导体激光器宣布的激光不只单色性和相干性好，而且光波频率比微波频率又高万倍，故以激光为传递信息的载体，用光纤做信息传递线路的光纤通讯，不只通讯质量好、抗干扰能力强、保密性好，而且通讯容量比微波通讯要前进上万倍。

　　使用激光技能进行光存储，使信息的存储发生了革命性的腾跃。一张CD声频光盘的记载密度相当于1000万bit／cm2，可记载78分钟的音乐节目，比密纹唱片要大好几个数量级。

　　图： CD或DVD播放机中的光盘的激光和镜头。右下方的小圆是半导体激光二极管，而较大的蓝色圆圈是从激光器从光盘的润滑外表反射后读取光的透镜。

　　此外，激光打印机、激光传真机、激光照排、激光大屏幕彩色电视、光纤有线电视以及大气激光通讯等均已得到广泛运用。

　　光作为一种动摇现象，表征它的物理量有波长（同色彩有关）、振幅（同光的强弱有关）和位相（表明动摇起点同基准时刻的联系）。

　　人们使用感光的照相办法，只能记载下波长和振幅，所以不管照得多么传神，看相片和看真的景象总是不一样。

　　而激光具有高相干性，能获取干与波空间包含相位在内的悉数信息。因而，选用激光进行全息拍照，被拍物体的悉数信息都被记载在底片上，经过光的衍射，就能复现被吸取物体绘声绘色的立体形象。

　　全息照相具有三维成像的特色，可重复记载，而且每一小块全息底片都能再现物体的完好立体形象，可广泛用于精细干与计量、无损探伤、全息光弹性、微应变剖析和振荡剖析等科学研讨。

　　其间，使用全息干与术研讨燃气焚烧进程、机械件的振荡形式、蜂窝板结构的粘结质量和轿车轮胎皮下缺点查看等已得到广泛运用。而且，全息照相用作产品和信用卡的防伪符号已构成工业，用全息照相拍照宝贵艺术品，不只赏识起来令人如临其境，而且为艺术品的修正供给了牢靠而传神的根据。正在开展的全息电视还将为人们增加一种新的日子享用。

　　激光在医学上的运用分为两大类：激光确诊与激光医治，前者是以激光作为信息载体，后者则以激光作为能量载体。

　　在激光确诊方面，激光可穿透到安排较深的当地进行确诊，直接反映安排病情，给医师确诊供给了充沛根据。

　　在激光医治方面，激光技能已成为临床医治的有用手法，也成为开展医学确诊的要害技能。它处理了医学中的许多难题，例如激光手术医治切断小，对安排底子没有危害或危害极小，毒副效果反响少。现在，激光临床运用范畴包含近视纠正、视网膜修补、龋齿修正、分子级微创手术等，当时激光医学的超卓运用研讨首要表现在以下方面：光动力疗法治癌；激光医治心血管疾病；准分子激光角膜成形术；激光美容术；激光纤维内窥镜手术；激光腹腔镜手术；激光胸腔镜手术；激光关节镜手术；激光碎石术；激光外科手术；激光在吻合术上的运用；激光在口腔、颌面外科及牙科方面的运用；弱激光疗法等。现在，激光医治在基础研讨、新技能开发以及新设备研发和出产等诸多方面都坚持继续的、微弱的开展势头。

　　使用激光的高强度（亮度）聚集激光束在1 ms内能发射100J的光能量，聚集起来足以使资料在短时刻内消融或汽化，从而对不同特性难以加工的资料进行加工处理，如：焊接、打孔、切开、热处理、光刻等。

　　激光加工具有精度高、畸变小、无触摸、能量省等长处，其运用范畴简直可以掩盖整个机械制作业，包含矿山机械、石油化工、电力、铁路、轿车、船只、冶金、医疗器械、航空、机床、发电、印刷、包装、模具、制药等职业。其间要害零部件和精细设备的磨损和腐蚀都能很好地使用激光熔覆技能进行修正和优化，成为化腐朽为神奇的利器。

　　精细丈量是使用了激光单色性好、相干性强、方向性好的特色。比较于其他测距仪，激光测距具有勘探间隔远，精度高，抗干扰，保密性好，体积小重量轻的长处。测距仪宣布光脉冲，经被测方针反射后，光脉冲回到接纳体系，丈量发射与接纳时刻间隔。

　　激光一起具有高亮度和高相干性，这使得光的多普勒效应可以在测速方面得到运用。激光雷达是以发射激光束勘探方针的方位、速度等特征量的雷达体系。从作业原理上讲，激光雷达与微波雷达没有底子的差异：向方针发射勘探信号（激光束），然后将接纳到的从方针反射回来的信号（方针回波）与发射信号进行比较，作恰当处理后，就可取得方针的有关信息，如方针间隔、方位、高度、速度、姿势、甚至形状等参数，从而对飞机、导弹等方针进行勘探、盯梢和辨认，它在军事范畴发挥着重要的效果，也成为环境监测的有力兵器。

　　此外，引力波的勘探也是使用激光干与丈量办法，进行中低频波段引力波的直接勘探，观测双黑洞并合和极大质量比天体并合时发生的引力波辐射，以及其他的国际引力波辐射进程。

　　激光是20世纪人类最严重的创造之一，激光技能的运用已广泛深化到工业、农业、军事、医学甚至社会的各个方面，对人类社会的前进正在起着越来越重要的效果，正奇迹般地改变着咱们的国际。