激光原理

光與物質(zhì)的相互作用，實(shí)質(zhì)上是組成物質(zhì)的微觀粒子吸收或輻射光子，同時(shí)改變自身運(yùn)動(dòng)狀況的表現(xiàn)。

微觀粒子都具有特定的一套能級(jí)（通常這些能級(jí)是分立的）。任一時(shí)刻粒子只能處在與某一能級(jí)相對(duì)應(yīng)的狀態(tài)（或者簡(jiǎn)單地表述為處在某一個(gè)能級(jí)上）。與光子相互作用時(shí)，粒子從一個(gè)能級(jí)躍遷到另一個(gè)能級(jí)，并相應(yīng)地吸收或輻射光子。光子的能量值為此兩能級(jí)的能量差△E，頻率為ν=△E/h（h為普朗克常量）。

1.受激吸收（簡(jiǎn)稱吸收）

處于較低能級(jí)的粒子在受到外界的激發(fā)（即與其他的粒子發(fā)生了有能量交換的相互作用，如與光子發(fā)生非彈性碰撞），吸收了能量時(shí)，躍遷到與此能量相對(duì)應(yīng)的較高能級(jí)。這種躍遷稱為受激吸收。

2.自發(fā)輻射

粒子受到激發(fā)而進(jìn)入的激發(fā)態(tài)，不是粒子的穩(wěn)定狀態(tài)，如存在著可以接納粒子的較低能級(jí)，即使沒有外界作用，粒子也有一定的概率，自發(fā)地從高能級(jí)激發(fā)態(tài)（E2）向低能級(jí)基態(tài)（E1）躍遷，同時(shí)輻射出能量為（E2-E1）的光子，光子頻率ν=（E2-E1）/h。這種輻射過程稱為自發(fā)輻射。眾多原子以自發(fā)輻射發(fā)出的光，不具有相位、偏振態(tài)、傳播方向上的一致，是物理上所說(shuō)的非相干光。

3.受激輻射、激光

1917年，愛因斯坦從理論上指出：除自發(fā)輻射外，處于高能級(jí)E2上的粒子還可以另一方式躍遷到較低能級(jí)。他指出當(dāng)頻率為ν=（E2-E1）/h的光子入射時(shí)，也會(huì)引發(fā)粒子以一定的概率，迅速地從能級(jí)E2躍遷到能級(jí)E1，同時(shí)輻射一個(gè)與外來(lái)光子頻率、相位、偏振態(tài)以及傳播方向都相同的光子，這個(gè)過程稱為受激輻射。

可以設(shè)想，如果大量原子處在高能級(jí)E2上，當(dāng)有一個(gè)頻率ν=（E2-E1）/h的光子入射，從而激勵(lì)E2上的原子產(chǎn)生受激輻射，得到兩個(gè)特征完全相同的光子，這兩個(gè)光子再激勵(lì)E2能級(jí)上原子，又使其產(chǎn)生受激輻射，可得到四個(gè)特征相同的光子，這意味著原來(lái)的光信號(hào)被放大了。這種在受激輻射過程中產(chǎn)生并被放大的光就是激光。

愛因斯坦1917提出受激輻射，激光器卻在1960年問世，相隔43年，為什么？主要原因是，普通光源中粒子產(chǎn)生受激輻射的概率極小。當(dāng)頻率一定的光射入工作物質(zhì)時(shí)，受激輻射和受激吸收兩過程同時(shí)存在，受激輻射使光子數(shù)增加，受激吸收卻使光子數(shù)減小。物質(zhì)處于熱平衡態(tài)時(shí)，粒子在各能級(jí)上的分布，遵循平衡態(tài)下粒子的統(tǒng)計(jì)分布律。按統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，處在較低能級(jí)E1的粒子數(shù)必大于處在較高能級(jí)E2的粒子數(shù)。這樣光穿過工作物質(zhì)時(shí)，光的能量只會(huì)減弱不會(huì)加強(qiáng)。要想使受激輻射占優(yōu)勢(shì)，必須使處在高能級(jí)E2的粒子數(shù)大于處在低能級(jí)E1的粒子數(shù)。這種分布正好與平衡態(tài)時(shí)的粒子分布相反，稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，簡(jiǎn)稱粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。如何從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是產(chǎn)生激光的必要條件。

理論研究表明，任何工作物質(zhì)，在適當(dāng)?shù)募?lì)條件下，可在粒子體系的特定高低能級(jí)間實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。若原子或分子等微觀粒子具有高能級(jí)E2和低能級(jí)E1，E2和E1能級(jí)上的布居數(shù)密度為N2和N1，在兩能級(jí)間存在著自發(fā)發(fā)射躍遷、受激發(fā)射躍遷和受激吸收躍遷等三種過程。受激發(fā)射躍遷所產(chǎn)生的受激發(fā)射光，與入射光具有相同的頻率、相位、傳播方向和偏振方向。因此，大量粒子在同一相干輻射場(chǎng)激發(fā)下產(chǎn)生的受激發(fā)射光是相干的。受激發(fā)射躍遷幾率和受激吸收躍遷幾率均正比于入射輻射場(chǎng)的單色能量密度。當(dāng)兩個(gè)能級(jí)的統(tǒng)計(jì)權(quán)重相等時(shí)，兩種過程的幾率相等。在熱平衡情況下N2N1，這種狀態(tài)稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)。在這種情況下，受激發(fā)射躍遷占優(yōu)勢(shì)。光通過一段長(zhǎng)為l的處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的激光工作物質(zhì)（激活物質(zhì)）后，光強(qiáng)增大eGl倍。G為正比于（N2-N1）的系數(shù)，稱為增益系數(shù)，其大小還與激光工作物質(zhì)的性質(zhì)和光波頻率有關(guān)。一段激活物質(zhì)就是一個(gè)激光放大器。如果，把一段激活物質(zhì)放在兩個(gè)互相平行的反射鏡（其中至少有一個(gè)是部分透射的）構(gòu)成的光學(xué)諧振腔中（圖1），處于高能級(jí)的粒子會(huì)產(chǎn)生各種方向的自發(fā)發(fā)射。其中，非軸向傳播的光波很快逸出諧振腔外：軸向傳播的光波卻能在腔內(nèi)往返傳播，當(dāng)它在激光物質(zhì)中傳播時(shí)，光強(qiáng)不斷增長(zhǎng)。如果諧振腔內(nèi)單程小信號(hào)增益G0l大于單程損耗δ（G0l是小信號(hào)增益系數(shù)），則可產(chǎn)生自激振蕩。原子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以分為不同的能級(jí)，當(dāng)原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，會(huì)釋放出相應(yīng)能量的光子（所謂自發(fā)輻射）。

歷史沿革

激光的理論基礎(chǔ)起源于物理學(xué)家愛因斯坦，1917年愛因斯坦提出了一套全新的技術(shù)理論‘光與物質(zhì)相互作用’。這一理論是說(shuō)在組成物質(zhì)的原子中，有不同數(shù)量的粒子（電子）分布在不同的能級(jí)上，在高能級(jí)上的粒子受到某種光子的激發(fā)，會(huì)從高能級(jí)跳到（躍遷）到低能級(jí)上，這時(shí)將會(huì)輻射出與激發(fā)它的光相同性質(zhì)的光，而且在某種狀態(tài)下，能出現(xiàn)一個(gè)弱光激發(fā)出一個(gè)強(qiáng)光的現(xiàn)象。這就叫做“受激輻射的光放大”，簡(jiǎn)稱激光。

1951年，美國(guó)物理學(xué)家查爾斯·哈德·湯斯設(shè)想如果用分子，而不用電子線路，就可以得到波長(zhǎng)足夠小的無(wú)線電波。分子具有各種不同的振動(dòng)形式，有些分子的振動(dòng)正好和微波波段范圍的輻射相同。問題是如何將這些振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛?。就氨分子?lái)說(shuō)，在適當(dāng)?shù)臈l件下，它每秒振動(dòng)24，000，000，000次（24GHz），因此有可能發(fā)射波長(zhǎng)為1.25厘米的微波。他設(shè)想通過熱或電的方法，把能量泵入氨分子中，使它們處于“激發(fā)“狀態(tài)。然后，再設(shè)想使這些受激的分子處于具有和氨分子的固有頻率相同的微波束中---這個(gè)微波束的能量可以是很微弱的。一個(gè)單獨(dú)的氨分子就會(huì)受到這一微波束的作用，以同樣波長(zhǎng)的束波形式放出它的能量，這一能量又繼而作用于另一個(gè)氨分子，使它也放出能量。這個(gè)很微弱的入射微波束相當(dāng)于起立腳點(diǎn)對(duì)一場(chǎng)雪崩的促發(fā)作用，最后就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的微波束。最初用來(lái)激發(fā)分子的能量就全部轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N特殊的輻射。

1953年12月，湯斯和他的學(xué)生阿瑟·肖洛終于制成了按上述原理工作的的一個(gè)裝置，產(chǎn)生了所需要的微波束。這個(gè)過程被稱為“受激輻射的微波放大”。按其英文的首字母縮寫為M.A.S.E.R,并由之造出了單詞“maser”（脈澤）（這樣的單詞稱為首字母縮寫詞，在技術(shù)語(yǔ)中越來(lái)越普遍使用）。

1958年，美國(guó)科學(xué)家肖洛（Schawlow）和湯斯（Townes）發(fā)現(xiàn)了一種神奇的現(xiàn)象：當(dāng)他們將氖光燈泡所發(fā)射的光照在一種稀土晶體上時(shí)，晶體的分子會(huì)發(fā)出鮮艷的、始終會(huì)聚在一起的強(qiáng)光。根據(jù)這一現(xiàn)象，他們提出了"激光原理"，即物質(zhì)在受到與其分子固有振蕩頻率相同的能量激發(fā)時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生這種不發(fā)散的強(qiáng)光--激光。他們?yōu)榇税l(fā)表了重要論文，并獲得1964年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

1960年5月15日，美國(guó)加利福尼亞州休斯實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家梅曼宣布獲得了波長(zhǎng)為0.6943微米的激光，這是人類有史以來(lái)獲得的第一束激光，梅曼因而也成為世界上第一個(gè)將激光引入實(shí)用領(lǐng)域的科學(xué)家。

1960年7月7日，西奧多·梅曼宣布世界上第一臺(tái)激光器誕生，梅曼的方案是，利用一個(gè)高強(qiáng)閃光燈管，來(lái)激發(fā)紅寶石。由于紅寶石其實(shí)在物理上只是一種摻有鉻原子的剛玉，所以當(dāng)紅寶石受到刺激時(shí)，就會(huì)發(fā)出一種紅光。在一塊表面鍍上反光鏡的紅寶石的表面鉆一個(gè)孔，使紅光可以從這個(gè)孔溢出，從而產(chǎn)生一條相當(dāng)集中的纖細(xì)紅色光柱，當(dāng)它射向某一點(diǎn)時(shí)，可使其達(dá)到比太陽(yáng)表面還高的溫度。

前蘇聯(lián)科學(xué)家尼古拉·巴索夫于1960年發(fā)明了半導(dǎo)體激光器。半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)通常由p層、n層和形成雙異質(zhì)結(jié)的有源層構(gòu)成。其特點(diǎn)是：尺寸小、耦合效率高、響應(yīng)速度快、波長(zhǎng)和尺寸與光纖尺寸適配、可直接調(diào)制、相干性好。

激光的中文名稱

1964年10月，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光機(jī)所主辦的《光受激發(fā)射情報(bào)》（其前身為《光量子放大?？罚╇s志編輯部致信錢學(xué)森，請(qǐng)他為L(zhǎng)ASER取一個(gè)中文名字，錢學(xué)森建議中文名為“激光”。同年12月，上海召開第三屆光量子放大器學(xué)術(shù)會(huì)議，由嚴(yán)濟(jì)慈主持，討論后正式采納錢學(xué)森的建議，將“通過輻射受激發(fā)射的光放大”的英文縮寫LASER正式翻譯為“激光”。隨后，《光受激發(fā)射情報(bào)》雜志也改名為《激光情報(bào)》。

大事年表

1917年：愛因斯坦提出“受激發(fā)射”理論，一個(gè)光子使得受激原子發(fā)出一個(gè)相同的光子。

1953年：美國(guó)物理學(xué)家Charles Townes用微波實(shí)現(xiàn)了激光器的前身：微波受激發(fā)射放大（英文首字母縮寫maser）。

1957年：Townes的博士生Gordon Gould創(chuàng)造了“l(fā)aser”這個(gè)單詞，從理論上指出可以用光激發(fā)原子，產(chǎn)生一束相干光束，之后人們?yōu)槠渖暾?qǐng)了專利，相關(guān)法律糾紛維持了近30年。

1960年：美國(guó)加州Hughes實(shí)驗(yàn)室的Theodore Maiman實(shí)現(xiàn)了第一束激光。

1961年：激光首次在外科手術(shù)中用于殺滅視網(wǎng)膜腫瘤。

1962年：發(fā)明半導(dǎo)體二極管激光器，這是今天小型商用激光器的支柱。

1969年：激光用于遙感勘測(cè)，激光被射向阿波羅11號(hào)放在月球表面的反射器，測(cè)得的地月距離誤差在幾米范圍內(nèi)。

1971年：激光進(jìn)入藝術(shù)世界，用于舞臺(tái)光影效果，以及激光全息攝像。英國(guó)籍匈牙利裔物理學(xué)家Dennis Gabor憑借對(duì)全息攝像的研究獲得諾貝爾獎(jiǎng)。

1974年：第一個(gè)超市條形碼掃描器出現(xiàn)。

1975年：IBM投放第一臺(tái)商用激光打印機(jī)。

1978年：飛利浦制造出第一臺(tái)激光盤（LD）播放機(jī)，不過價(jià)格很高。

1982年：第一臺(tái)緊湊碟片（CD）播放機(jī)出現(xiàn)，第一部CD盤是美國(guó)歌手Billy Joel在1978年的專輯52nd Street。

1983年：里根總統(tǒng)發(fā)表了“星球大戰(zhàn)”的演講，描繪了基于太空的激光武器。

1988年：北美和歐洲間架設(shè)了第一根光纖，用光脈沖來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。

1990年：激光用于制造業(yè)，包括集成電路和汽車制造。

1991年：第一次用激光治療近視，海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中第一次用激光制導(dǎo)導(dǎo)彈。

1996年：東芝推出數(shù)字多用途光盤（DVD）播放器。

2008年：法國(guó)神經(jīng)外科學(xué)家使用廣導(dǎo)纖維激光和微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)治療了腦瘤。

2010年：美國(guó)國(guó)家核安全管理局（NNSA）表示，通過使用192束激光來(lái)束縛核聚變的反應(yīng)原料、氫的同位素氘（質(zhì)量數(shù)2）和氚（質(zhì)量數(shù)3），解決了核聚變的一個(gè)關(guān)鍵困難。

2011年3月，研究人員研制的一種牽引波激光器能夠移動(dòng)物體，未來(lái)有望能移動(dòng)太空飛船。

2013年1月，科學(xué)家已經(jīng)成功研制出可用于醫(yī)學(xué)檢測(cè)的牽引光束。

2014年6月5日美國(guó)航天局利用激光束把一段時(shí)長(zhǎng)37秒、名為“你好，世界！”的高清視頻，只用了3.5秒就成功傳回，相當(dāng)于傳輸速率達(dá)到每秒50兆，而傳統(tǒng)技術(shù)下載需要至少10分鐘。

基本特性

定向發(fā)光

普通光源是向四面八方發(fā)光。要讓發(fā)射的光朝一個(gè)方向傳播，需要給光源裝上一定的聚光裝置，如汽車的車前燈和探照燈都是安裝有聚光作用的反光鏡，使輻射光匯集起來(lái)向一個(gè)方向射出。激光器發(fā)射的激光，天生就是朝一個(gè)方向射出，光束的發(fā)散度極小，大約只有0.001弧度，接近平行。1962年，人類第一次使用激光照射月球，地球離月球的距離約38萬(wàn)公里，但激光在月球表面的光斑不到兩公里。若以聚光效果很好，看似平行的探照燈光柱射向月球，按照其光斑直徑將覆蓋整個(gè)月球。天文學(xué)家相信，外星人或許正使用閃爍的激光作為一種宇宙燈塔來(lái)嘗試與地球進(jìn)行聯(lián)系。

亮度極高

在激光發(fā)明前，人工光源中高壓脈沖氙燈的亮度最高，與太陽(yáng)的亮度不相上下，而紅寶石激光器的激光亮度，能超過氙燈的幾百億倍。因?yàn)榧す獾牧炼葮O高，所以能夠照亮遠(yuǎn)距離的物體。紅寶石激光器發(fā)射的光束在月球上產(chǎn)生的照度約為0.02勒克斯（光照度的單位），顏色鮮紅，激光光斑肉眼可見。若用功率最強(qiáng)的探照燈照射月球，產(chǎn)生的照度只有約一萬(wàn)億分之一勒克斯，人眼根本無(wú)法察覺。激光亮度極高的主要原因是定向發(fā)光。大量光子集中在一個(gè)極小的空間范圍內(nèi)射出，能量密度自然極高。

激光的亮度與陽(yáng)光之間的比值是百萬(wàn)級(jí)的，而且它是人類創(chuàng)造的。

激光的顏色

激光的顏色取決于激光的波長(zhǎng)，而波長(zhǎng)取決于發(fā)出激光的活性物質(zhì)，即被刺激后能產(chǎn)生激光的那種材料。刺激紅寶石就能產(chǎn)生深玫瑰色的激光束，它應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，比如用于皮膚病的治療和外科手術(shù)。公認(rèn)最貴重的氣體之一的氬氣能夠產(chǎn)生藍(lán)綠色的激光束，它有諸多用途，如激光印刷術(shù)，在顯微眼科手術(shù)中也是不可缺少的。半導(dǎo)體產(chǎn)生的激光能發(fā)出紅外光，因此我們的眼睛看不見，但它的能量恰好能"解讀"激光唱片，并能用于光纖通訊。但有的激光器可調(diào)節(jié)輸出激光的波長(zhǎng)。

激光分離技術(shù)

激光分離技術(shù)主要指激光切割技術(shù)和激光打孔技術(shù)。激光分離技術(shù)是將能量聚焦到微小的空間，可獲得105~1015W/cm2極高的輻照功率密度，利用這一高密度的能量進(jìn)行非接觸、高速度、高精度的加工方法。在如此高的光功率密度照射下，幾乎可以對(duì)任何材料實(shí)現(xiàn)激光切割和打孔。激光切割技術(shù)是一種擺脫傳統(tǒng)的機(jī)械切割、熱處理切割之類的全新切割法，具有更高的切割精度、更低的粗糙度、更靈活的切割方法和更高的生產(chǎn)效率等特點(diǎn)。激光打孔方法作為在固體材料上加工孔方法之一，已成為一項(xiàng)擁有特定應(yīng)用的加工技術(shù)，主要運(yùn)用在航空、航天與微電子行業(yè)中。

顏色極純

光的顏色由光的波長(zhǎng)（或頻率）決定。一定的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)一定的顏色。太陽(yáng)輻射出的可見光段的波長(zhǎng)分布范圍約在0.76微米至0.4微米之間，對(duì)應(yīng)的顏色從紅色到紫色共7種顏色，所以太陽(yáng)光談不上單色性。發(fā)射單種顏色光的光源稱為單色光源，它發(fā)射的光波波長(zhǎng)單一。比如氪燈、氦燈、氖燈、氫燈等都是單色光源，只發(fā)射某一種顏色的光。單色光源的光波波長(zhǎng)雖然單一，但仍有一定的分布范圍。如氖燈只發(fā)射紅光，單色性很好，被譽(yù)為單色性之冠，波長(zhǎng)分布的范圍仍有0.00001納米，因此氖燈發(fā)出的紅光，若仔細(xì)辨認(rèn)仍包含有幾十種紅色。由此可見，光輻射的波長(zhǎng)分布區(qū)間越窄，單色性越好。

激光器輸出的光，波長(zhǎng)分布范圍非常窄，因此顏色極純。以輸出紅光的氦氖激光器為例，其光的波長(zhǎng)分布范圍可以窄到2×10^-9納米級(jí)別，是氪燈發(fā)射的紅光波長(zhǎng)分布范圍的萬(wàn)分之二。由此可見，激光器的單色性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過任何一種單色光源。

能量極大

光子的能量是用E=hv來(lái)計(jì)算的，其中h為普朗克常量，v為頻率。由此可知，頻率越高，能量越高。激光頻率范圍3.846×10^（14）Hz到7.895×10^（14）Hz。

電磁波譜可大致分為：

（1）無(wú)線電波——波長(zhǎng)從幾千米到0.3米左右，一般的電視和無(wú)線電廣播的波段就是用這種波；

（2）微波——波長(zhǎng)從0.3米到10^-3米，這些波多用在雷達(dá)或其它通訊系統(tǒng)；

（3）紅外線——波長(zhǎng)從10^-3米到7.8×10^-7米；

（4）可見光——這是人們所能感光的極狹窄的一個(gè)波段。波長(zhǎng)從780—380nm。光是原子或分子內(nèi)的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變時(shí)所發(fā)出的電磁波。由于它是我們能夠直接感受而察覺的電磁波極少的那一部分；

（5）紫外線——波長(zhǎng)從3×10^-7米到6×10^-10米。這些波產(chǎn)生的原因和光波類似，常常在放電時(shí)發(fā)出。由于它的能量和一般化學(xué)反應(yīng)所牽涉的能量大小相當(dāng)，因此紫外光的化學(xué)效應(yīng)最強(qiáng)；

（6）倫琴射線(X射線)——這部分電磁波譜，波長(zhǎng)從2×10^-9米到6×10^-12米。倫琴射線（X射線）是電原子的內(nèi)層電子由一個(gè)能態(tài)跳至另一個(gè)能態(tài)時(shí)或電子在原子核電場(chǎng)內(nèi)減速時(shí)所發(fā)出的；

（7）伽馬射線——是波長(zhǎng)從10^-10～10^-14米的電磁波。這種不可見的電磁波是從原子核內(nèi)發(fā)出來(lái)的，放射性物質(zhì)或原子核反應(yīng)中常有這種輻射伴隨著發(fā)出。γ射線的穿透力很強(qiáng)，對(duì)生物的破壞力很大。由此看來(lái)，激光能量并不算很大，但是它的能量密度很大（因?yàn)樗淖饔梅秶苄?，一般只有一個(gè)點(diǎn)），短時(shí)間里聚集起大量的能量，用做武器也就可以理解了。

其他特性

激光有很多特性：首先，激光是單色的，或者說(shuō)是單頻的。有一些激光器可以同時(shí)產(chǎn)生不同頻率的激光，但是這些激光是互相隔離的，使用時(shí)也是分開的。其次，激光是相干光。相干光的特征是其所有的光波都是同步的，整束光就好像一個(gè)“波列”。再次，激光是高度集中的，也就是說(shuō)它要走很長(zhǎng)的一段距離才會(huì)出現(xiàn)分散或者收斂的現(xiàn)象。

激光對(duì)組織的生物效應(yīng)

1、熱效應(yīng)

2、光化學(xué)效應(yīng)

3、壓強(qiáng)作用、電磁場(chǎng)效應(yīng)和生物刺激效應(yīng)。

壓強(qiáng)作用和電磁場(chǎng)效應(yīng)主要由中等功率以上的激光所產(chǎn)生，光化學(xué)效應(yīng)在低功率激光照射時(shí)特別重要，熱效應(yīng)存在于所有的激光照射，而生物刺激作用只發(fā)生在弱激光照射時(shí)。

安全防護(hù)

激光波長(zhǎng)與眼睛傷害：在激光的傷害中，以機(jī)體中眼睛的傷害最為嚴(yán)重。波長(zhǎng)在可見光和近紅外光的激光，眼屈光介質(zhì)的吸收率較低，透射率高，而屈光介質(zhì)的聚焦能力（即聚光力）強(qiáng)。強(qiáng)度高的可見或近紅外光進(jìn)入眼睛時(shí)可以透過人眼屈光介質(zhì)，聚積光于視網(wǎng)膜上。此時(shí)視網(wǎng)膜上的激光能量密度及功率密度提高到幾千甚至幾萬(wàn)倍，大量的光能在瞬間聚中于視網(wǎng)膜上，致視網(wǎng)膜的感光細(xì)胞層溫度迅速升高，以至使感光細(xì)胞凝固變性壞死而失去感光的作用。激光聚于感光細(xì)胞時(shí)產(chǎn)生過熱而引起的蛋白質(zhì)凝固變性是不可逆的損傷。一旦損傷以后就會(huì)造成眼睛的永久失明。

激光的波長(zhǎng)不同對(duì)眼球作用的程度不同，其后果也不同。遠(yuǎn)紅外激光對(duì)眼睛的損害主要以角膜為主，這是因?yàn)檫@類波長(zhǎng)的激光幾乎全部被角膜吸收，所以角膜損傷最重，主要引起角膜炎和結(jié)膜炎，患者感到眼睛痛，異物樣刺激、怕光、流眼淚、眼球充血，視力下降等。發(fā)生遠(yuǎn)紅外光損傷時(shí)應(yīng)遮住保護(hù)傷眼，防止感染發(fā)生，對(duì)癥處理。

紫外激光對(duì)眼的損傷主要是角膜和晶狀體，此波段的紫外激光幾乎全部被眼的晶狀體吸收，而中遠(yuǎn)以角膜吸收為主，因而可致晶狀體及角膜混濁。

激光器通常都會(huì)標(biāo)示有著安全等級(jí)編號(hào)的激光警示標(biāo)簽：

第1級(jí)(Class I/1)：通常是因?yàn)楣馐煌耆姆忾]在內(nèi)，例如在CD或DVD播放器內(nèi)。

第2級(jí)(Class II/2)：在正常使用狀況下是安全的，這類設(shè)備通常功率低于1mW，例如激光指示器。

第3a/R級(jí)(Class IIIa/3R)：功率通常會(huì)達(dá)到5mW，注視這種光束幾秒鐘會(huì)對(duì)視網(wǎng)膜造成立即的傷害。

第3b/B級(jí)(Class IIIb/3B)：在暴露下會(huì)對(duì)眼睛造成立即的損傷。

第4級(jí)(Class IV/4)：激光會(huì)燒灼皮膚，即使散射的激光光（200W以上）也會(huì)對(duì)眼睛和皮膚造成傷害。利用激光的熱能，可以制造新型的烹飪工具。

以上情況是指在激光直射眼睛的情況下所發(fā)生的。如果間接觀察激光，任何200W以下的激光的丁達(dá)爾效應(yīng)都不會(huì)對(duì)眼睛造成影響。

國(guó)內(nèi)前景

激光功率已不足以描述切割能力的大小，亮度（Brightness）才是。亮度的定義是“單位面積單位立體角的激光功率”。

對(duì)比CO2激光器、碟片激光器和光纖激光器，可以得出這樣的結(jié)論：直到5千瓦，以光纖激光的亮度最大，切割金屬板最快最厚的當(dāng)屬光纖激光。但實(shí)際上切割厚板尚不如CO2激光，盡管碳鋼對(duì)近紅外的1.07摻鐿光纖激光的吸收率數(shù)倍于中紅外10.6的CO2激光，但10倍于光纖激光波長(zhǎng)的CO2激光之切縫比光纖的寬得多（一般2mm），氧氣易于吹入。這就是CO2激光46年來(lái)一直獨(dú)占固體激光之鰲頭的緣由。第一，國(guó)產(chǎn)激光切割機(jī)的量產(chǎn)與自主開發(fā)力度的加大，外國(guó)一線公司在華本土化的生產(chǎn)，縮小了二者的產(chǎn)品差距與價(jià)格差距。用戶對(duì)國(guó)產(chǎn)機(jī)的認(rèn)同度不斷提高，其在2010年國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的占比高達(dá)80%。

第二，2010年我國(guó)千瓦以上大功率CO2激光切割機(jī)銷量達(dá)1000臺(tái)，占全球市場(chǎng)的20%-25%。上海團(tuán)結(jié)普瑞瑪、大族激光、武漢法利萊、奔騰楚天等一線廠商都有大幅的增長(zhǎng)。最多一家竟占了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的30%。

市場(chǎng)興旺得力于擴(kuò)大內(nèi)需，但主要是這種加工手段的魅力，特別在鐵路鋼鐵、工程機(jī)械、汽車造船、航空航天和軍工等高端市場(chǎng)的旺盛需求。

2014年市場(chǎng)難料，但可深信一點(diǎn)，2013年大起，2014年絕不會(huì)大落，作為制造大國(guó)的中國(guó)，保有量不會(huì)低于10000臺(tái)。須知2000年前的10年我國(guó)的總量才280臺(tái)。

第三，我國(guó)大功率激光切割裝備的產(chǎn)業(yè)鏈遠(yuǎn)未形成，尚無(wú)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型大功率激光器，無(wú)論激光器還是切割機(jī)的關(guān)鍵元部件都得依賴進(jìn)口。價(jià)昂的電容切割頭及作為耗材的光學(xué)鏡片等的研發(fā)生產(chǎn)，迄今都無(wú)人問津。成不了國(guó)內(nèi)配套，進(jìn)軍海外市場(chǎng)不過是夢(mèng)想。唯有待到國(guó)產(chǎn)整機(jī)批量出口之日，才是我國(guó)這一產(chǎn)業(yè)的形成之時(shí)。

第四，光纖激光是當(dāng)前的熱門話題。ROFIN與TRUMPF分別收購(gòu)NUFERN與SPI公司發(fā)展光纖激光已三年，今春上海慕尼黑激光展上，ROFIN展出了2KW光纖激光器，但全球高功率光纖激光器市場(chǎng)依然是IPG一統(tǒng)天下。繼上年SALVAGNINI與LASER PHOTONICS等公司展出用其的光纖激光器之切割機(jī)后，2010年11月在亞特蘭大的FABTECH與漢諾威的EUROBLECH展會(huì)上又推出愈來(lái)愈多的光纖激光切割機(jī)。欣喜的是一批海歸博士矢志回國(guó)創(chuàng)業(yè)，創(chuàng)建了武漢銳科光纖激光、西安炬光等公司，研發(fā)生產(chǎn)高功率光纖激光器與二極管激光泵源，相信有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的4KW連續(xù)波光纖激光器不久將會(huì)呈現(xiàn)在國(guó)人面前。

發(fā)展前景

激光的空間控制性和時(shí)間控制性很好，對(duì)加工對(duì)象的材質(zhì)、形狀、尺寸和加工環(huán)境的自由度都很大，特別適用于自動(dòng)化加工，激光加工系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)相結(jié)合可構(gòu)成高效自動(dòng)化加工設(shè)備，已成為企業(yè)實(shí)行適時(shí)生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，為優(yōu)質(zhì)、高效和低成本的加工生產(chǎn)開辟了廣闊的前景。透過將激光束集中在單分子上，ETH Zurich的科學(xué)家只用單個(gè)分子就產(chǎn)生激光運(yùn)作的基本條件──受激發(fā)射(stimulated emission)。由于在低溫下，分子會(huì)增加它們的外表面積(apparent surface area)來(lái)跟光線互動(dòng)，因此研究人員將分子冷卻到攝氏零下272度，也就是只比絕對(duì)零度高1度兩條光束瞄準(zhǔn)單分子

在受控制的模式下，利用一道激光束來(lái)讓單個(gè)分子進(jìn)入量子態(tài)(controlled fashion)，研究人員如此能明顯的縮減或是放大第二道激光束。這種運(yùn)作模式與傳統(tǒng)的晶體管如出一轍；晶體管內(nèi)的電位(electrical potential)能用來(lái)調(diào)變第二個(gè)信號(hào)。不過ETH Zurich并未透露其單分子的化學(xué)方程式。由于其性能與散熱效能的優(yōu)勢(shì)，光子運(yùn)算技術(shù)是科學(xué)家們長(zhǎng)期追求的目標(biāo)；光子(photon)不僅發(fā)熱比電子少，也能達(dá)到高出相當(dāng)多的數(shù)據(jù)傳輸速率。不過光通訊技術(shù)卻只能逐步地從長(zhǎng)距離通訊，進(jìn)展到短距離通訊，再進(jìn)入單系統(tǒng)中。

應(yīng)用領(lǐng)域

激光加工技術(shù)是利用激光束與

物質(zhì)相互作用的特性對(duì)材料（包括金屬與非金屬）進(jìn)行切割、焊接、表面處理、打孔、微加工以及做為光源，識(shí)別物體等的一門技術(shù)，傳統(tǒng)應(yīng)用最大的領(lǐng)域?yàn)榧す饧庸ぜ夹g(shù)。激光技術(shù)是涉及到光、機(jī)、電、材料及檢測(cè)等多門學(xué)科的一門綜合技術(shù)，傳統(tǒng)上看，它的研究范圍一般可分為：

1.激光加工系統(tǒng)。包括激光器、導(dǎo)光系統(tǒng)、加工機(jī)床、控制系統(tǒng)及檢測(cè)系統(tǒng)。

2.激光加工工藝。包括切割、焊接、表面處理、打孔、打標(biāo)、劃線、微雕等各種加工工藝。

激光焊接：汽車車身厚薄板、汽車零件、鋰電池、心臟起搏器、密封繼電器等密封器件以及各種不允許焊接污染和變形的器件。2013年使用的激光器有YAG激光器，CO2激光器和半導(dǎo)體泵浦激光器。

激光切割：汽車行業(yè)、計(jì)算機(jī)、電氣機(jī)殼、木刀模業(yè)、各種金屬零件和特殊材料的切割、圓形鋸片、壓克力、彈簧墊片、2mm以下的電子機(jī)件用銅板、一些金屬網(wǎng)板、鋼管、鍍錫鐵板、鍍亞鉛鋼板、磷青銅、電木板、薄鋁合金、石英玻璃、硅橡膠、1mm以下氧化鋁陶瓷片、航天工業(yè)使用的鈦合金等等。使用激光器有YAG激光器和CO2激光器。

激光筆：又稱為激光指示器、指星筆等，是把可見激光設(shè)計(jì)成便攜、手易握、激光模組（二極管）加工成的筆型發(fā)射器。常見的激光筆有紅光(650-660nm, 635nm)、綠光(515-520nm,532nm)、藍(lán)光(445-450nm)和藍(lán)紫光(405nm)等，功率通常以毫瓦為單位。通常在會(huì)報(bào)、教學(xué)、導(dǎo)賞人員都會(huì)使用它來(lái)投映一個(gè)光點(diǎn)或一條光線指向物體，但激光會(huì)傷害到眼睛，任何情況下都不應(yīng)該讓激光直射眼睛。

激光治療：可以用于手術(shù)開刀，減輕痛苦，減少感染。

激光打標(biāo)：在各種材料和幾乎所有行業(yè)均得到廣泛應(yīng)用，2013年使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半導(dǎo)體泵浦激光器。

激光打孔：激光打孔主要應(yīng)用在航空航天、汽車制造、電子儀表、化工等行業(yè)。激光打孔的迅速發(fā)展，主要體現(xiàn)在打孔用YAG激光器的平均輸出功率已由2008年的400w提高到了800w至1000w。國(guó)內(nèi)2013年比較成熟的激光打孔的應(yīng)用是在人造金剛石和天然金剛石拉絲模的生產(chǎn)及鐘表和儀表的寶石軸承、飛機(jī)葉片、多層印刷線路板等行業(yè)的生產(chǎn)中。2013年使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器為主，也有一些準(zhǔn)分激光器、同位素激光器和半導(dǎo)體泵浦激光器。

激光熱處理：在汽車工業(yè)中應(yīng)用廣泛，如缸套、曲軸、活塞環(huán)、換向器、齒輪等零部件的熱處理，同時(shí)在航空航天、機(jī)床行業(yè)和其它機(jī)械行業(yè)也應(yīng)用廣泛。我國(guó)的激光熱處理應(yīng)用遠(yuǎn)比國(guó)外廣泛得多。2013年使用的激光器多以YAG激光器，CO2激光器為主。

激光快速成型：將激光加工技術(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)及柔性制造技術(shù)相結(jié)合而形成。多用于模具和模型行業(yè)。2013年使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器為主。

激光涂敷：在航空航天、模具及機(jī)電行業(yè)應(yīng)用廣泛。2013年使用的激光器多以大功率YAG激光器、CO2激光器為主。

激光成像：利用激光束掃描物體，將反射光束反射回來(lái)，得到的排布順序不同而成像。用圖像落差來(lái)反映所成的像。激光成像具有超視距的探測(cè)能力，可用于衛(wèi)星激光掃描成像，未來(lái)用于遙感測(cè)繪等科技領(lǐng)域。

醫(yī)學(xué)

激光在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用主要分三類：激光生命科學(xué)研究、激光診斷、激光治療，其中激光治療又分為：激光手術(shù)治療、弱激光生物刺激作用的非手術(shù)治療和激光的光動(dòng)力治療。

應(yīng)用于牙科的激光系統(tǒng)依據(jù)激光在牙科應(yīng)用的不同作用，分為幾種不同的激光系統(tǒng)。區(qū)別激光的重要特征之一是：光的波長(zhǎng)，不同波長(zhǎng)的激光對(duì)組織的作用不同，在可見光及近紅外光譜范圍的光線，吸光性低，穿透性強(qiáng)，可以穿透到牙體組織較深的部位，例如氬離子激光、二極管激光或Nd：YAG激光（如圖1）。而Er：YAG激光和CO，激光的光線穿透性差，僅能穿透牙體組織約0．01毫米。區(qū)別激光的重要特征之二是：激光的強(qiáng)度（即功率），如在診斷學(xué)中應(yīng)用的二極管激光，其強(qiáng)度僅為幾個(gè)毫瓦特，它有時(shí)也可用在激光顯示器上。

用于治療的激光，通常是幾個(gè)瓦特中等強(qiáng)度的激光。激光對(duì)組織的作用，還取決于激光脈沖的發(fā)射方式，以典型的連續(xù)脈沖發(fā)射方式的激光有：氬離子激光、二極管激光、CO2，激光；以短脈沖方式發(fā)射的激光有：Er：YAG激光或許多Nd：YAG激光，短脈沖式的激光的強(qiáng)度（即功率）可以達(dá)到1,000瓦特或更高，這些強(qiáng)度高、吸光性也高的激光，只適用于清除硬組織。

激光美容

（1）激光在美容界的用途越來(lái)越廣泛。色素沉著，如太田痣、鮮紅斑痣、雀斑、老年斑、毛細(xì)血管擴(kuò)張等，以及去紋身、洗眼線、洗眉、治療瘢痕等；而2013年以前一些新型的激光儀，高能超脈沖CO2激光，鉺激光進(jìn)行除皺、磨皮換膚、治療打鼾，美白牙齒等等，取得了良好的療效，為激光外科開辟越來(lái)越廣闊的領(lǐng)域。

（2）激光手術(shù)有傳統(tǒng)手術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)越性。首先激光手術(shù)不需要住院治療，手術(shù)切口小，術(shù)中不出血，創(chuàng)傷輕，無(wú)瘢痕。例如：眼袋的治療傳統(tǒng)手術(shù)法存在著由于剝離范圍廣、術(shù)中出血多，術(shù)后愈合慢，易形成瘢痕等缺點(diǎn)，而應(yīng)用高能超脈沖CO2激光儀治療眼袋，則以它術(shù)中不出血，不需縫合，不影響正常工作，手術(shù)部位水腫輕，恢復(fù)快，無(wú)瘢痕等優(yōu)點(diǎn)，令傳統(tǒng)手術(shù)無(wú)法比擬。而一些由于出血多而無(wú)法進(jìn)行的內(nèi)窺鏡手術(shù)，則可由激光切割代替完成。（注：有一定的適應(yīng)范圍）

（3）激光在血管性皮膚病以及色素沉著的治療中成效卓越。使用脈沖染料激光治療鮮紅斑痣，療效顯著，對(duì)周圍組織損傷小，幾乎不落疤。它的出現(xiàn)，成為鮮紅斑痣治療史上的一次革命，因?yàn)轷r紅斑痣治療史上，放射、冷凍、電灼、手術(shù)等方法，其瘢痕發(fā)生率均高，并常出現(xiàn)色素脫失或沉著。激光治療血管性皮膚病是利用含氧血紅蛋白對(duì)一定波長(zhǎng)的激光選擇性的吸收，而導(dǎo)致血管組織的高度破壞，其具有高度精確性與安全性，不會(huì)影響周圍鄰近組織。因此，激光治療毛細(xì)血管擴(kuò)張也是療效顯著。

此外，由于可變脈沖激光等相繼問世，使得不滿意紋身的去除，以及各類色素性皮膚病如太田痣，老年斑等的治療得到了重大突破。這類激光根據(jù)選擇性光熱效應(yīng)理論，（即不同波長(zhǎng)的激光可選擇性地作用于不同顏色的皮膚損害），利用其強(qiáng)大的瞬間功率，高度集中的輻射能量及色素選擇性，極短的脈寬，使激光能量集中作用于色素顆粒、將其直接汽化、擊碎，通過淋巴組織排出體外，而不影響周圍正常組織，并且以其療效確切，安全可靠，無(wú)瘢痕，痛苦小而深入人心。

（4）激光外科開創(chuàng)了醫(yī)學(xué)美容的新紀(jì)元。高能超脈沖CO2激光磨皮換膚術(shù)開拓了美容外科的新技術(shù)。它利用高能量，極短脈沖的激光，使老化、損傷的皮膚組織瞬間被汽化，不傷及周圍組織，治療過程中幾乎不出血，并可精確的控制作用深度。其效果得到國(guó)際醫(yī)學(xué)整形美容界充分肯定，被譽(yù)為“開創(chuàng)了醫(yī)學(xué)美容新紀(jì)元”；此外，更有高能超脈沖CO2激光儀治療眼袋、打鼾、甚至激光美白牙齒等，以其安全精確的療效，簡(jiǎn)便快捷的治療在醫(yī)學(xué)美容界創(chuàng)造了一個(gè)又一個(gè)奇跡。激光美容使得醫(yī)學(xué)美容向前邁進(jìn)了一大步，并且賦予醫(yī)學(xué)美容更新的內(nèi)涵。

激光去除面部黑痣

激光去黑痣的原理就在于將激光在瞬間爆發(fā)出的巨大能量置于色素組織中，把色素打碎并分解，使其可以被巨噬細(xì)胞吞并掉，而后會(huì)隨著淋巴循環(huán)系統(tǒng)排出體外，由此達(dá)到將色素去去掉的目的。

激光去痣可以適用的痣的類型很多，比如包括上面提到的三種色素痣、太田痣、鮮紅斑痣等，療效都很明顯，并且不容易留疤，風(fēng)險(xiǎn)性小。用二氧化碳激光亦能去黑痣。

激光治療近視

提示下情況的患者不適合接受激光治療：第一.眼部活動(dòng)性炎癥及病變；第二.眼周化膿性病灶；第三.已確診

的圓錐角膜；第四.嚴(yán)重干眼癥，伴有系統(tǒng)性干燥綜合征；第五.中央角膜厚度低于450μm；第六.嚴(yán)重的眼附屬器病變：眼瞼缺損、變形、慢性淚囊炎等；第七. 全身結(jié)締組織病及嚴(yán)重自身免疫性疾病，如系統(tǒng)性紅斑狼瘡、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、多發(fā)性硬化。

相對(duì)禁忌證

1.超高度近視伴后鞏膜葡萄腫者；2.初次手術(shù)前角膜中央平均曲率低于39D或高于47D應(yīng)慎重；3.暗光下瞳孔直徑大于7mm；4.對(duì)側(cè)眼為法定盲眼；5.2年內(nèi)曾患單純皰疹性角膜炎；6.輕度白內(nèi)障；7.有視網(wǎng)膜脫離及黃斑出血病史；8.輕度干眼癥；9.輕度瞼裂閉合不全；10.可疑青光眼患者；11.月經(jīng)期及妊娠期；12.瘢痕體質(zhì)；13.糖尿??；14.感冒發(fā)燒等身體不適；15.癲癇；16.焦慮癥、抑郁癥以及對(duì)手術(shù)期望過高者。

激光除皺

激光除皺是通過電腦控制的、低能量的二氧化碳激光，能準(zhǔn)確地控制汽化皮膚表層的深度，完成分層汽化、無(wú)碳化的面部除皺護(hù)膚技術(shù)。激光用于消除皺紋的技術(shù)，是激光技術(shù)應(yīng)用于臨床以后，并幾經(jīng)改進(jìn)、完善與不斷更新后的結(jié)果。

原理：皺紋產(chǎn)生的主要原因是皮膚膠原減少，真皮層變薄。運(yùn)用最新激光-射頻聯(lián)合技術(shù)照射皮膚，可使真皮層增厚、減少皺紋，其原理是：刺激受損的膠原層，產(chǎn)生新的膠原質(zhì)，從而填平因膠原減少而出現(xiàn)褶皺的皮膚；加熱真皮組織層，利用人體自身修復(fù)機(jī)能刺激組織再生重建，使真皮層增厚。

合理設(shè)計(jì)的激光可以通過皮膚中的黑色素、血紅蛋白，尤其是水吸收激光釋放的能量，并產(chǎn)生光熱效應(yīng)使之轉(zhuǎn)化為熱量，從而激活真皮中成纖維細(xì)胞等各種基質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生新生的膠原蛋白、彈性蛋白以及各種細(xì)胞間基質(zhì)，并發(fā)生組織重構(gòu)，就象是給慵懶的皮膚做運(yùn)動(dòng)一樣，使其通過鍛煉而重新煥發(fā)年輕活力。數(shù)次治療之后的皮膚含水量及彈性增加，質(zhì)地改善，細(xì)小皺紋減少。

適應(yīng)癥：1、原發(fā)性癥狀：口周皺紋、眶周皺紋、萎縮性（凹陷性）疤痕、良性皮膚贅生物（腫瘤）；2、皮膚粗糙、毛孔粗大、細(xì)小皺紋等皮膚老化表現(xiàn)以及炎性痤瘡或痤瘡后瘢痕等。

高能超脈沖激光能夠把周圍組織的熱損傷降到最低程度。微小皺紋和凹陷疤痕也可進(jìn)行精確磨削。超脈沖激光能避免以往機(jī)械磨皮法、化學(xué)剝脫術(shù)出血多，飛濺的血液、組織細(xì)屑可使病毒在病人與病人間、病人與醫(yī)務(wù)人員間傳播等不足，通過氣化病變組織來(lái)徹底消除皮膚損害，并使正常皮膚的熱損傷極小，這一過程的作用時(shí)間快于使周圍的正常組織也被加熱的所需時(shí)間，具有磨皮去皺的功能。

軍事

激光武器是一種利用定向發(fā)射的激光束直接毀傷目標(biāo)或使之失效的定向能武器。根據(jù)作戰(zhàn)用途的不同，激光武器可分為戰(zhàn)術(shù)激光武器和戰(zhàn)略激光武器兩大類。武器系統(tǒng)主要由激光器和跟蹤、瞄準(zhǔn)、發(fā)射裝置等部分組成，2013年通常采用的激光器有化學(xué)激光器、固體激光器、CO2激光器等。激光武器具有攻擊速度快、轉(zhuǎn)向靈活、可實(shí)現(xiàn)精確打擊、不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，但也存在易受天氣和環(huán)境影響等弱點(diǎn)。

激光武器已有30多年的發(fā)展歷史，其關(guān)鍵技術(shù)也已取得突破，美國(guó)、俄羅斯、法國(guó)、以色列等國(guó)都成功進(jìn)行了各種激光打靶試驗(yàn)。2013年低能激光武器已經(jīng)投入使用，主要用于干擾和致盲較近距離的光電傳感器，以及攻擊人眼和一些增強(qiáng)型觀測(cè)設(shè)備；高能激光武器主要采用化學(xué)激光器，按照現(xiàn)有的水平，今后5—10年內(nèi)可望在地面和空中平臺(tái)上部署使用，用于戰(zhàn)術(shù)防空、戰(zhàn)區(qū)反導(dǎo)和反衛(wèi)星作戰(zhàn)等。

激光武器特點(diǎn)高度集束的激光，能量也非常集中。舉例說(shuō)；在日常生活中我們認(rèn)為太陽(yáng)是非常亮的，但一臺(tái)巨脈沖紅寶石激光器發(fā)出的激光卻比太陽(yáng)還亮200億倍。當(dāng)然，激光比太陽(yáng)還亮，并不是因?yàn)樗目偰芰勘忍?yáng)還大，而是由于它的能量非常集中。例如，紅寶石激光器發(fā)出的激光射束，能穿透一張1/3厘米厚的鋼板，但總能量卻不足以煮熟一個(gè)雞蛋。

激光作為武器，有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。首先，它可以用光速飛行，每秒30萬(wàn)公里，任何武器都沒有這樣高的速度。它一旦瞄準(zhǔn)，幾乎不要什么時(shí)間就立刻擊中目標(biāo)，用不著考慮提前量。另外，它可以在極小的面積上、在極短的時(shí)間里集中超過核武器100萬(wàn)倍的能量，還能很靈活地改變方向，沒有任何發(fā)射性污染。激光武器分為三類：一是致盲型。（激光劍）前面我們講過的機(jī)載致盲武器，就屬于這一類。二是近距離戰(zhàn)術(shù)型，可用來(lái)?yè)袈鋵?dǎo)彈和飛機(jī)。1978年美國(guó)進(jìn)行的用激光打陶式反坦克導(dǎo)彈的試驗(yàn)，就是用的這類武器。還有科幻電影中，通過對(duì)激光武器的形變，產(chǎn)生的激光盾翼三是遠(yuǎn)距離戰(zhàn)略型。這類的研制困難最大，但一旦成功，作用也最大，它可以反衛(wèi)星、反洲際彈道導(dǎo)彈，成為最先進(jìn)的防御武器。

激光怎樣擊毀目標(biāo)呢？科學(xué)家們認(rèn)為有兩個(gè)方面：一是穿孔，二是層裂。所謂穿孔，就是高功率密度的激光束使靶材表面急劇熔化，進(jìn)而汽化蒸發(fā)，汽化物質(zhì)向外噴射，反沖力形成沖擊波，在靶材上穿一個(gè)孔。所謂層裂，就是靶材表面吸收激光能量后，原子被電離，形成等離體“云”?！霸啤毕蛲馀蛎泧娚湫纬蓱?yīng)力波向深處傳播。應(yīng)力波的反射造成靶材被拉斷，形成“層裂”破壞。除此以外，等離子體“云”還能輻射紫外線或X光，破壞目標(biāo)結(jié)構(gòu)和電子元件。激光武器作用的面積很小，但破壞在目標(biāo)的關(guān)鍵部位上，可造成目標(biāo)的毀滅性破壞。這和驚天動(dòng)地的核武器相比，完全是兩種風(fēng)格。

激光武器的分類：不同功率密度，不同輸出波形，不同波長(zhǎng)的激光，在與不同目標(biāo)材料相互作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的殺傷破壞效應(yīng)。用激光作為“死光”武器，不能像在激光加工中那樣借助于透鏡聚焦，而必須大大提高激光器的輸出功率，作戰(zhàn)時(shí)可根據(jù)不同的需要選擇適當(dāng)?shù)募す馄鳌?013年時(shí)，激光器的種類繁多，名稱各異，有體積整整占據(jù)一幢大樓、功率為上萬(wàn)億瓦、用于引發(fā)核聚變的激光器，也有比人的指甲還小、輸出功率僅有幾毫瓦、用于光電通信的半導(dǎo)體激光器。按工作介質(zhì)區(qū)分，目前有固體激光器、液體激光器和分子型、離子型、準(zhǔn)分子型的氣體激光器等。同時(shí)，按其發(fā)射位置可分為天基、陸基、艦載、車載和機(jī)載等類型，按其用途還可分為戰(zhàn)術(shù)型和戰(zhàn)略型兩類。

1．戰(zhàn)術(shù)激光武器

戰(zhàn)術(shù)激光武器是利用激光作為能量，是像常規(guī)武器那樣直接殺傷敵方人員、擊毀坦克、飛機(jī)等，打擊距離一般可達(dá)20公里。這種武器的主要代表有激光槍和激光炮，它們能夠發(fā)出很強(qiáng)的激光束來(lái)打擊敵人。1978年3月，世界上的第一支激光槍在美國(guó)誕生。激光槍的樣式與普通步槍沒有太大區(qū)別，主要由四大部分組成：激光器、激勵(lì)器、擊發(fā)器和槍托。2013年，國(guó)外已有一種紅寶石袖珍式激光槍，外形和大小與美國(guó)的派克鋼筆相當(dāng)。但它能在距人幾米之外燒毀衣服、燒穿皮肉，且無(wú)聲響，在不知不覺中致人死命，并可在一定的距離內(nèi)，使火藥爆炸，使夜視儀、紅外或激光測(cè)距儀等光電設(shè)備失效。還有7種稍大重量與機(jī)槍相仿的小巧激光槍，能擊穿銅盔，在1500米的距離上燒傷皮肉、致瞎眼睛等。戰(zhàn)術(shù)激光武器的"挖眼術(shù)"不但能造成飛機(jī)失控、機(jī)毀人亡，或使炮手喪失戰(zhàn)斗能力，而且由于參戰(zhàn)士兵不知對(duì)方激光武器會(huì)在何時(shí)何地出現(xiàn)，常常受到沉重的心理壓力。因此，激光武器又具有常規(guī)武器所不具備的威懾作用。1982年英阿馬島戰(zhàn)爭(zhēng)中，英國(guó)在航空母艦和各類護(hù)衛(wèi)艦上就安裝有激光致盲武器，曾使阿根廷的多架飛機(jī)失控、墜毀或誤入英軍的射擊火網(wǎng)。

2．戰(zhàn)略激光武器

戰(zhàn)略激光武器可攻擊數(shù)千公里之外的洲際導(dǎo)彈；可攻擊太空中的偵察衛(wèi)星和通信衛(wèi)星等。例如，1975年11月，美國(guó)的兩顆監(jiān)視導(dǎo)彈發(fā)射井的偵察衛(wèi)星在飛抵西伯利亞上空時(shí)，被前蘇聯(lián)的“反衛(wèi)星”陸基激光武器擊中，并變成“瞎子”。因此，高基高能激光武器是奪取宇宙空間優(yōu)勢(shì)的理想武器之一，也是軍事大國(guó)不惜耗費(fèi)巨資進(jìn)行激烈爭(zhēng)奪的根本原因。據(jù)外刊透露，自70年代以來(lái)，美俄兩國(guó)都分別以多種名義進(jìn)行了數(shù)十次反衛(wèi)星激光武器的試驗(yàn)。2013年，反戰(zhàn)略導(dǎo)彈激光武器的研制種類有化學(xué)激光器、準(zhǔn)分子激光器、自由電子激光器和調(diào)射線激光器。例如：自由電子激光器具有輸出功率大、光束質(zhì)量好、轉(zhuǎn)換效率高、可調(diào)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。但是，自由電子激光器體積龐大，只適宜安裝在地面上，供陸基激光武器使用。作戰(zhàn)時(shí)，強(qiáng)激光束首先射到處于空間高軌道上的中斷反射鏡。中斷反射鏡將激光束反射到處于低軌道的作戰(zhàn)反射鏡，作戰(zhàn)反射鏡再使激光束瞄準(zhǔn)目標(biāo)，實(shí)施攻擊。通過這樣的兩次反射，設(shè)置在地面的自由電子激光武器，就可攻擊從世界上任何地方發(fā)射的戰(zhàn)略導(dǎo)彈。高基高能激光武器是高能激光武器與航天器相結(jié)合的產(chǎn)物。當(dāng)這種激光器沿著空間軌道游弋時(shí)，一旦發(fā)現(xiàn)對(duì)方目標(biāo)，即可投入戰(zhàn)斗。由于它部署在宇宙空間，居高臨下，視野廣闊，更是如虎添翼。在實(shí)際戰(zhàn)斗中，可用它對(duì)對(duì)方的空中目標(biāo)實(shí)施閃電般的攻擊，以摧毀對(duì)方的偵察衛(wèi)星、預(yù)警衛(wèi)星、通信衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星，甚至能將對(duì)方的洲際導(dǎo)彈摧毀在助推的上升階段。

3．激光動(dòng)力推進(jìn)器

既然太陽(yáng)不足以推動(dòng)恒星際太空飛船，于是有科學(xué)家提出了激光動(dòng)力推進(jìn)器技術(shù)，利用一束強(qiáng)大的激光讓物體飛行。

激光雷達(dá)（laser radar）是指用激光器作為輻射源的雷達(dá)。激光雷達(dá)是激光技術(shù)與雷達(dá)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。由發(fā)射機(jī)、天線、接收機(jī)、跟蹤架及信息處理等部分組成。發(fā)射機(jī)是各種形式的激光器，如二氧化碳激光器、摻釹釔鋁石榴石激光器、半導(dǎo)體激光器及波長(zhǎng)可調(diào)諧的固體激光器等；天線是光學(xué)望遠(yuǎn)鏡；接收機(jī)采用各種形式的光電探測(cè)器，如光電倍增管、半導(dǎo)體光電二極管、雪崩光電二極管、紅外和可見光多元探測(cè)器件等。激光雷達(dá)采用脈沖或連續(xù)波2種工作方式，探測(cè)方法分直接探測(cè)與外差探測(cè)。

通信

激光通信，是激光在大氣空間傳輸?shù)囊环N通信方式。激光大氣通信的發(fā)送設(shè)備主要由激光器（光源）、光調(diào)制器、光學(xué)發(fā)射天線（透鏡）等組成；接收設(shè)備主要由光學(xué)接收天線、光檢測(cè)器等組成。

信息發(fā)送時(shí)，先轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再由光調(diào)制器將其調(diào)制在激光器產(chǎn)生的激光束上，經(jīng)光學(xué)天線發(fā)射出去。信息接收時(shí)，光學(xué)接收天線將接收到的光信號(hào)聚焦后，送至光檢測(cè)器恢復(fù)成電信號(hào)，再還原為信息。大氣激光通信的容量大、保密性好，不受電磁干擾。但激光在大氣中傳輸時(shí)受雨、霧、雪、霜等影響，衰耗要增大，故一般用于邊防、海島、跨越江河等近距離通信，以及大氣層外的衛(wèi)星間通信和深空通信。

早期的激光大氣通信所用光源多數(shù)為二氧化碳激光器、氦－氖激光器等。二氧化碳激光器輸出激光波長(zhǎng)為10.6微米，此波長(zhǎng)正好處在大氣信道傳輸?shù)牡蛽p耗窗口，是較為理想的通信光源。從70年代末到80年代中期，由于在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上難以解決好全天候、高機(jī)動(dòng)性、高靈活性、穩(wěn)定性等問題，激光大氣通信的研究陷入低潮。

1988年，巴西宣布研制成功一種便攜式半導(dǎo)體激光大氣通信系統(tǒng)。這種通過激光器聯(lián)通線路的軍用紅外通信裝置，其外形如同一架雙筒望遠(yuǎn)鏡，在上面安裝了激光二極管和麥克風(fēng)。使用時(shí)，一方將雙筒鏡對(duì)準(zhǔn)另一方即可實(shí)現(xiàn)通信，通信距離為1千米，如果將光學(xué)天線固定下來(lái)，通信距離可達(dá)15千米。1989年，美國(guó)成功地研制出一種短距離、隱蔽式的大氣激光通信系統(tǒng)。1990年，美國(guó)試驗(yàn)了適用于特種戰(zhàn)爭(zhēng)和低強(qiáng)度戰(zhàn)爭(zhēng)需要的紫外光波通信，這種通信系統(tǒng)完全符合戰(zhàn)術(shù)任務(wù)的要求，通信距離為2~5千米；如果對(duì)光束進(jìn)行適當(dāng)處理，通信距離可達(dá)5~10千米。

90年代初，俄羅斯研制成功了大功率半導(dǎo)體激光器，并開始了激光大氣通信系統(tǒng)技術(shù)的實(shí)用化研究。不久便推出了10千米以內(nèi)的半導(dǎo)體激光大氣通信系統(tǒng)并在莫斯科、瓦洛涅什、圖拉等城市應(yīng)用。在瓦涅什河兩岸相距4千米的兩個(gè)電站之間，架設(shè)起了半導(dǎo)體激光大氣通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)可同時(shí)傳輸8路數(shù)字電話。在距離瓦洛涅什城約200千米以及在距莫斯科不遠(yuǎn)的地方，也開通了半導(dǎo)體激光大氣通信系統(tǒng)線路。

隨著半導(dǎo)體激光器的不斷成熟、光學(xué)天線制作技術(shù)的不斷完善、信號(hào)壓縮編碼等技術(shù)的合理使用，激光大氣通信正重新煥發(fā)出生機(jī)。

激光測(cè)速

激光測(cè)速是對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行兩次有特定時(shí)間間隔的激光測(cè)距，取得在該一時(shí)段內(nèi)被測(cè)物體的移動(dòng)距離，從而得到該被測(cè)物體的移動(dòng)速度。因此，激光測(cè)速具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1、由于該激光光束基本為射線，估測(cè)速距離相對(duì)于雷達(dá)測(cè)速有效距離遠(yuǎn)，可測(cè)1000M外；

2、測(cè)速精度高，誤差<1公里；

3、鑒于激光測(cè)速的原理，激光光束必須要瞄準(zhǔn)垂直與激光光束的平面反射點(diǎn)，又由于被測(cè)車輛距離太遠(yuǎn)、且處于移動(dòng)狀態(tài)，或者車體平面不大，而導(dǎo)致激光測(cè)速成功率低、難度大，特別是執(zhí)勤警員的工作強(qiáng)度很大、很易疲勞；

4、鑒于激光測(cè)速的原理，激光測(cè)速器不可能具備在運(yùn)動(dòng)中使用，只能在靜止?fàn)顟B(tài)下應(yīng)用；因此，激光測(cè)速儀不能稱之為“流動(dòng)電子警察”。在靜止?fàn)顟B(tài)下使用時(shí)，司機(jī)很容易發(fā)現(xiàn)有檢測(cè)，因此達(dá)不到預(yù)期目的；

5、價(jià)格昂貴，2013年經(jīng)過正規(guī)途徑進(jìn)口的激光測(cè)速儀（不含取景和控制部分）價(jià)格至少在一萬(wàn)美金左右。

工業(yè)

激光在工業(yè)上，也應(yīng)用極為廣泛，因?yàn)榧す庠诩す馐劢乖诓牧媳砻娴臅r(shí)候能夠使材料熔化，使激光束與材料沿一定軌跡作相對(duì)運(yùn)動(dòng),從而形成一定形狀的切縫。七十年代后,為了改善和提高火焰切割的切口質(zhì)量,又推廣了氧乙烷精密火焰切割和等離子切割。在工業(yè)生產(chǎn)中有一定的適用范圍。

激光玻璃

激光玻璃是一種以玻璃為基質(zhì)的固體激光材料。它廣泛應(yīng)用于各類型固體激光光器中，并成為高功率和高能量激光器的主要激光材料。

激光玻璃由基質(zhì)玻璃和激活離子兩部分組成。激光玻璃各種物理化學(xué)性質(zhì)主要由基質(zhì)玻璃決定，而它的光譜性質(zhì)則主要由激活離子決定。但是基質(zhì)玻璃與激活離子彼此間互相作用，所以激活離子對(duì)激光玻璃的物理化學(xué)性質(zhì)有一定的影響，而基質(zhì)玻璃對(duì)它的光譜性質(zhì)的影響有時(shí)還是相當(dāng)重要的。

激光冷卻

激光冷卻（laser cooling）利用激光和原子的相互作用減速原子運(yùn)動(dòng)以獲得超低溫原子的高新技術(shù)。這一重要技術(shù)早期的主要目的是為了精確測(cè)量各種原子參數(shù)，用于高分辨率激光光譜和超高精度的量子頻標(biāo)（原子鐘），后來(lái)卻成為實(shí)現(xiàn)原子玻色-愛因斯坦凝聚的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)方法。激光冷卻有許多應(yīng)用，如：原子光學(xué)、原子刻蝕、原子鐘、光學(xué)晶格、光鑷子、玻色-愛因斯坦凝聚、原子激光、高分辨率光譜以及光和物質(zhì)的相互作用的基礎(chǔ)研究等等。

激光光譜

光譜（laser spectra）以激光為光源的光譜技術(shù)。與普通光源相比，激光光源具有單色性好、亮度高、方向性強(qiáng)和相干性強(qiáng)等特點(diǎn)，是用來(lái)研究光與物質(zhì)的相互作用，從而辨認(rèn)物質(zhì)及其所在體系的結(jié)構(gòu)、組成、狀態(tài)及其變化的理想光源。激光的出現(xiàn)使原有的光譜技術(shù)在靈敏度和分辨率方面得到很大的改善。由于已能獲得強(qiáng)度極高、脈沖寬度極窄的激光，對(duì)多光子過程、非線性光化學(xué)過程以及分子被激發(fā)后的弛豫過程的觀察成為可能，并分別發(fā)展成為新的光譜技術(shù)。激光光譜學(xué)已成為與物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)及材料科學(xué)等密切相關(guān)的研究領(lǐng)域。

激光傳感器

激光傳感器（laser transducer）利用激光技術(shù)進(jìn)行測(cè)量的傳感器。它由激光器、激光檢測(cè)器和測(cè)量電路組成。激光傳感器是新型測(cè)量?jī)x表，它的優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸遠(yuǎn)距離測(cè)量，速度快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力強(qiáng)等。激光是最準(zhǔn)的尺。

激光測(cè)云儀

利用激光在大氣層中的衰減來(lái)判斷云層。具體的是當(dāng)激光在大氣層中傳越時(shí)，由于發(fā)射的能量與接收的能量之間有能量差，利用能量的衰減度與云層的水分子的含量多少來(lái)判斷云層結(jié)構(gòu)和距離的儀器。

核聚變

我國(guó)著名物理學(xué)家王淦昌院士1964年就提出了激光核聚變的初步理論，從而使我國(guó)在這一領(lǐng)域的科研工作走在當(dāng)時(shí)世界各國(guó)的前列。1974年，我國(guó)采用一路激光驅(qū)動(dòng)聚氘乙烯靶發(fā)生核反應(yīng)，并觀察到氘氘反應(yīng)產(chǎn)生的中子。此外，著名理論物理學(xué)家于敏院士在20世紀(jì)70年代中期就提出了激光通過入射口、打進(jìn)重金屬外殼包圍的空腔、以X光輻射驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)激光核聚變的概念。1986年，我國(guó)激光核聚變實(shí)驗(yàn)裝置“神光”研制成功，聶榮臻元帥還專門寫信祝賀。