激光的昨天,，今天和明天

曉昀

60年前,，人類有了第一束激光

它不僅在軍事上有很重要的應(yīng)用

而且工業(yè)上可用于汽車鋼板的切割

醫(yī)學(xué)上可用于做激光手術(shù)

通信上可以加快信息的傳遞

生活上可帶來豐富多彩的激光表演

......

一束小小的激光竟然有如此多的功能

今天我們就跟隨中國(guó)科學(xué)院的李儒新院士

了解一下激光和它背后的故事。

李儒新：中國(guó)科學(xué)院院士,，中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng),，強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任,，主要從事超高峰值功率超短脈沖激光與強(qiáng)場(chǎng)激光物理研究。

      以下為李儒新院士演講實(shí)錄：

     大家好,！我是李儒新,，來自中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所，60年前的5月16號(hào),，人類有了第一束激光,，所以今天我就跟大家聊一聊激光的那些事情。

      60年前美國(guó)工程師梅曼發(fā)明了人類的第一臺(tái)激光器,，中國(guó)的第一臺(tái)激光器比美國(guó)的第一臺(tái)激光器晚了一年多,，是由中國(guó)科學(xué)家王之江院士，和他的團(tuán)隊(duì)在1961年在長(zhǎng)春發(fā)明的,，大家可以看到,，這個(gè)就是我們國(guó)家第一臺(tái)激光器的復(fù)制品，兩邊是激光器的最基本的一個(gè)單元的組成,，就是它的兩塊反射鏡構(gòu)成諧振腔,，激光器的發(fā)明以及它所展示出來的強(qiáng)大的應(yīng)用前景，很快就引起了黨和國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人的高度重視,。

      1963年12月16號(hào),，毛主席聽取了聶榮臻副總理，聶榮臻副總理當(dāng)時(shí)是我們國(guó)家負(fù)責(zé)科技方面的最高領(lǐng)導(dǎo)人,，他向毛主席匯報(bào)了激光的研究和應(yīng)用的一些進(jìn)展情況,。毛主席就有一個(gè)即時(shí)講話，在1963年12月16日,，所以這是我們中國(guó)的激光發(fā)展史上值得記住的一個(gè)重要的一天,。

      毛主席說死光，因?yàn)楫?dāng)時(shí)并沒有激光這兩個(gè)詞,，激光這兩個(gè)詞是1964年,，后面由錢學(xué)森提出的建議名字，當(dāng)時(shí)因?yàn)橹挥杏⑽腖ASER,，所以我們國(guó)家把它叫死光,，毛主席說死光要有一小批人專門去研究它，吃不了飯不干別的,，專門研究它,。

激光名稱的由來

      激光它的英文叫LASER，LASER實(shí)際上是受激輻射光放大的英文這幾個(gè)詞的縮寫,。那么我們現(xiàn)在把它稱為激光,，它是有內(nèi)涵的。而我們的臺(tái)灣同胞就直接把英文的LASER翻譯成鐳射，所以它是一個(gè)音譯,。因此現(xiàn)在我們大陸用的激光翻譯它是個(gè)意譯,，它是比較準(zhǔn)確的把激光的工作原理的基本的內(nèi)涵給它點(diǎn)明了，它是個(gè)受激輻射的光放大過程,。

激光的實(shí)際應(yīng)用

       激光技術(shù)的發(fā)明在這過去的60多年來,，給人類的生產(chǎn)生活帶來了巨大的變化，它有很多方面的應(yīng)用,。給大家舉一些例子,，比如說最早的名稱叫死光，是因?yàn)樗�可能在軍事上有很重要的�?yīng)用,，在工業(yè)生產(chǎn)上面,，它可以用于汽車鋼板的切割，醫(yī)學(xué)上可以用來做激光手術(shù),，在切割的時(shí)候同時(shí)就能止血,，它比手術(shù)刀的功能還多了一點(diǎn)。另外在通信領(lǐng)域它現(xiàn)在是發(fā)揮了巨大的作用,，我們之所以能夠互聯(lián)網(wǎng)上面沖浪有快速的信息的傳遞的容量，就是因?yàn)橛昧思す庾鳛樾畔⒌妮d體,。另外在生活的很多方面,，比如說它可以用來做激光表演，激光音樂,、激光電視等等,，都為我們的生活增加了很多樂趣。

激光為什么那么有用呢,？

       這是因?yàn)榧す獠煌�于其他光��,，它具有單色性、相干性,、方向性和很高的亮度,，能夠把這些特性結(jié)合在一起的光源就只有激光。

      我先給大家講一講我們家里常用的燈泡,，白熾燈的發(fā)光原理,，白熾燈發(fā)光原理就是電流通過鎢絲，變?yōu)榧訜岬逆u絲,，鎢絲溫度升高,，它就發(fā)出光。所以大家有時(shí)候看到快要壞掉的燈泡,，眼睛可以看到鎢絲里面變紅的過程,，然后它就斷掉了。

       那么我們?nèi)艘驗(yàn)轶w溫是37（攝氏）度，我們也可以發(fā)出光,，但是37（攝氏）度發(fā)出的光,，波長(zhǎng)我們看不見光，它的波長(zhǎng)是在10微米左右,，所以白熾燈的發(fā)光原理是跟溫度有關(guān)的,，這是一種光源。

      我們?cè)賮砜匆豢�,，現(xiàn)在家里大家都也是很普遍的使用的節(jié)能燈,，它是一種熒光燈的原理，它的基本原理是電流通過電離里面的氣體,，（釋放的紫外線）去轟擊管壁上鍍的白色的熒光粉就會(huì)發(fā)出光,，效率會(huì)比剛才的加熱鎢絲發(fā)出的光的從電到光的轉(zhuǎn)換效率會(huì)更高，所以它就更節(jié)約能量,，大家就把它叫做節(jié)能燈,。

        還有一種光源，大家就是去參加音樂會(huì),，看體育表演中經(jīng)常要做拉拉隊(duì)所使用的熒光棒,，熒光棒的發(fā)光的原理，跟剛才的節(jié)能燈有類似的地方,，都是由熒光的一種發(fā)光的這種原理,。但是在熒光棒里是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過程，當(dāng)我們彎曲熒光棒的時(shí)候,，就會(huì)引起其中的一些化學(xué)反應(yīng),，那么這個(gè)化學(xué)反應(yīng)就會(huì)使熒光分子的能級(jí)從低能跳到激發(fā)態(tài)高能級(jí)，那么在高能級(jí)的熒光分子,，它會(huì)在一定時(shí)間里面會(huì)自動(dòng)會(huì)跳回它的基態(tài),。在熒光分子的跳躍過程中，它也會(huì)發(fā)出光,。所以這是我們大家平常常見的幾種光源的發(fā)光原理,。

激光如何輸出

       要想獲得單色性和方向性非常好的激光，我們就需要在激光腔里面的工作介質(zhì)紅寶石和激光腔兩端的腔鏡的幫助,。在這臺(tái)中國(guó)第一臺(tái)激光器里面,，要達(dá)到上述目標(biāo)的話，大家可以看到我們希望的兩個(gè)腔鏡之間要非常的平行,，它們端面和端面之間的不同位置的誤差不能超過200個(gè)納米,。那么在諧振腔里面就發(fā)生了兩件事情：第一，任何與軸線不平行的光線,，最終都會(huì)從圓柱體的側(cè)面出來,；第二,，只有平行于軸線的這些光線能夠不斷的反射變得越來越強(qiáng)。軸向端產(chǎn)生駐波,，這就意味著只有特定的波長(zhǎng)可以在腔里面存在,，可以來回的反射。所以激光腔可以正確的選擇波長(zhǎng),，可以獲得接近于單色光的波長(zhǎng)的這樣一個(gè)激光的特性,。

       激光器大家看上去好像比較復(fù)雜，實(shí)際上它就只有三個(gè)要素：一是我剛才給大家提到的它要有個(gè)工作介質(zhì),，我們第一臺(tái)激光器里面它就是紅寶石,；另外它要有一個(gè)腔鏡構(gòu)成諧振腔，那么這里就是兩塊鍍銀的反射鏡,；還有一個(gè)重要的要素,，它的能量從哪來？我們要有一個(gè)閃光燈,，把能量交給工作介質(zhì),。這就是激光的三要素。工作介質(zhì),、諧振腔,，和能量來源，我們一般把它稱為泵浦源,，激光的三要素中的工作介質(zhì)對(duì)我們中國(guó)的第一臺(tái)激光器來說,，工作介質(zhì)就是紅寶石，那么美國(guó)人梅曼發(fā)明的第一臺(tái)激光器的工作介質(zhì)也是紅寶石,。60年過去了，現(xiàn)在出現(xiàn)了多種多樣的激光器,，工作介質(zhì)五花八門,，有固體的、氣體的,、電子的,、半導(dǎo)體的都有，比如說大家很常見的激光筆,，它的工作介質(zhì)就是半導(dǎo)體,，所以現(xiàn)在有多種多樣的激光的工作介質(zhì)。

展望未來

       我們剛才已經(jīng)簡(jiǎn)單的聊了聊激光器在過去60年代發(fā)明的過程,、它的特性和它的一些應(yīng)用,，那么大家可以來預(yù)測(cè)一下，未來激光器還有可能給我們?nèi)祟惿�產(chǎn)生活帶來什么新的可能性,。我們就來從它的一個(gè)特點(diǎn)開始說起,。

       剛才講到激光的特性之一是高亮度，那么激光的亮度可比太陽(yáng)光亮多了。比如說現(xiàn)在在上海浦東建設(shè)的羲和激光,，那么如果用一個(gè)放大鏡把羲和激光1016W的激光聚焦,，聚焦以后達(dá)到的亮度或者說功率密度，即單位面積上的功率,，達(dá)到了10 22~1023這么高的量級(jí),。在這樣一個(gè)亮度下面，我們的物質(zhì)世界就會(huì)發(fā)生巨大的變化,，材料的特性就發(fā)生變化,。

        我們更往前設(shè)想一點(diǎn)，如果強(qiáng)度繼續(xù)提高,，比如說我們現(xiàn)在設(shè)想,，如果能夠把強(qiáng)度和聚焦的功率密度再提高1~2個(gè)數(shù)量級(jí)，到達(dá)1023或者1024W/cm2,。在這樣的光場(chǎng)下,，就有可能把真空變成有東西，形象的說,，我們就假設(shè)真空里面沒東西,，但是激光足夠強(qiáng)了以后，就像一個(gè)照妖鏡一樣能夠照出里面的妖怪,，里面妖怪是什么,？根據(jù)量子電動(dòng)力學(xué)，真空里面,，實(shí)際上是一個(gè)能夠把正物質(zhì)-反物質(zhì)（粒子對(duì)）激發(fā)出來這么一個(gè)基本的狀態(tài),。真空不是空的，它是按經(jīng)典的這樣一個(gè)物理的描述它是空的,，但是在量子力學(xué)里面,，真空里面是會(huì)不斷的會(huì)產(chǎn)生正物質(zhì)和反物質(zhì)，所以我們就希望當(dāng)光強(qiáng)足夠高的時(shí)候,，能夠驗(yàn)證真空的量子電動(dòng)力學(xué)效應(yīng),。

      阿秒是什么概念？阿秒是10-18秒,，所以有朝一日我們能夠做出阿秒的激光,，實(shí)現(xiàn)超快的顯微鏡或者加上閃光燈，就能夠看清楚原子這種尺度里面的這么快的過程,，所以這也是人類的夢(mèng)想之一,。

      當(dāng)然激光器還有很多其他的應(yīng)用價(jià)值，比如說很多的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的測(cè)量,，比如說對(duì)病毒的結(jié)構(gòu)的測(cè)量,，我們現(xiàn)在都是測(cè)量它的穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),。那么它的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的測(cè)量，如果變成能夠拍電影的話,，我們就可以看到,，比如說在用藥物去治療，去殺傷殺滅病毒的過程中,，我們是怎么看到藥物的分子跟蛋白質(zhì)的病毒的蛋白質(zhì)分子之間是怎么結(jié)合的,？我們也希望將來有朝一日用激光作為一種手段，能夠把這個(gè)過程全部把它探測(cè)出來,，這樣就為研發(fā)對(duì)抗病毒,，提供關(guān)鍵的數(shù)據(jù)。所以這些在生命科學(xué)和在物理學(xué),，還有化學(xué),，還有材料科學(xué)方面有很多應(yīng)用，都是未來的幾年里面或者幾十年里面都會(huì)出現(xiàn),，我們就期待著這一天的早日到來,。

       在要結(jié)束跟大家的聊天之前，我也想給大家提一點(diǎn)希望,。今年是2020年,，5年前的2015年聯(lián)合國(guó)把2015年就確定為國(guó)際光年，國(guó)際光年的那一年,，我們做了一件事情,，拍攝了跟激光有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)的視頻，拍成了每個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)的小故事,，大概拍成了三分鐘的視頻,，做成動(dòng)畫，把諾獎(jiǎng)的基本的原理把它做成動(dòng)畫展示給大家（戳“閱讀原文”,，去看這些動(dòng)畫吧~）,。

      我們非常高興的是發(fā)現(xiàn)，當(dāng)我們把這些視頻放到網(wǎng)上去以后,，有很多小朋友們就受到了啟發(fā)。我印象很深刻的是其中有一位中學(xué)生他寫信過來說,，當(dāng)他看到了這些非常美妙的這些跟光有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)的故事之后,，他就萌發(fā)了將來一定要學(xué)習(xí)光學(xué)這樣一個(gè)愿望。所以我想跟大家交流的這些激光有關(guān)的基本原理也好,，或它的應(yīng)用也好,，最后落腳點(diǎn)還落到能夠給我們的生活帶來更多改善和提高，也就是我們?cè)��?jīng)有一個(gè)口號(hào),，就是激光讓生活更美好,，希望大家一起努力做到這一點(diǎn),。謝謝大家！

大白小白

毛主席說死光要有一小批人專門去研究它,，吃不了飯不干別的,，專門研究它。

zll3310737

說激光,，怎能不說特斯拉,？

機(jī)械社區(qū)618

珊瑚島上的死光。

廣州粵研鐘彥華

機(jī)械社區(qū)618 發(fā)表于 2020-5-30 09:18
珊瑚島上的死光,。

這句話是否暴露了你的年齡,？

遠(yuǎn)祥

我們汽車行業(yè)，寶馬十分看好激光焊接技術(shù),！

haojinghui

學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)

南天橫翼

現(xiàn)在天天搞激光模組,，生物檢測(cè)的，礦道檢測(cè)的,，零件檢測(cè)的,。指向的，亂七八糟的,。