激光的应用

用激光束能够比用锯切割金属更加精准，激光也可以用于精微的眼部手术。测量员可以借助激光精确测距，飞机上安装的激光装置可以制作出高精度的地面地图。一些电脑打印机也采用激光，没有激光就不会出现CD或DVD。

1917年，德裔美国物理学家阿尔伯特·爱因斯坦意识到存在激发原子和分子并使它们发射光线这种可能。这就是激光原理的源头。但直到20世纪50年代，物理学家才设想出一种能够产生激光束的装置。1952年，美国物理学家查尔斯·汤斯描述了一种利用微波激射器（通过激发辐射散射得到的微波放大）的原理激发氨分子发射微波辐射的方法。两位苏联物理学家尼古拉·巴索夫（1922～2001年）和亚历山大·普罗霍洛夫（1916～2002年）也提出了同样的想法，但是，他们直到1954年才公布，而汤斯已经在1953年建造了一台微波激射器。不过三位物理学家同时获得了1964年的诺贝尔物理学奖。微波激射器用于原子钟和射电望远镜中，并用来放大发自人造卫星的弱信号。

微波辐射是不可见的，但在1958年，汤斯和另外一名美国物理学家肖洛（1921～1999年）发表了一篇论文，说明建造一种能够发射可见光的装置存在着理论上的可能。这种装置将发出激光—通过受激发的辐射得到的光放大。但汤斯和肖洛没能建造出这样的装置。1960年，美国物理学家西奥多·梅曼成为世界上第一个制造出激光的科学家。

这是一张摄于1960年的梅曼的照片，照片中他在观察自己制造出来的世界上第一束激光。关键部件就在玻璃筒中—能发射激光的红宝石。

大事记

1917年 爱因斯坦提出受激辐射

1952年 构想受激辐射微波放大器

1958年 从理论上论证了制造激光的可行性

1960年 梅曼发明红宝石激光器

当物质吸收能量（如热能）时，其内部的原子或分子会从低能层跃迁到高能层，当落回低能层时，多余的能量就会以光的形式发射出来。一般，每一个原子或分子都会独立地发出不同波长的光，但是，如果物质在处于其高能层的短暂的瞬间暴露在有着特定波长的强光下，它就会发出与照射光波长一致的光。这就是物质为什么会受激发的原因，并且这种激发会进一步提高光的强度。下一步就是利用镜子放大这些光，位于这种装置一端的镜子将光通过受激中的物质反射回去，位于装置相对端的半银制镜子又反射一部分这些光，余下的光则以激光形式发出来。

知识链接

红宝石激光发射器

红宝石晶体圆柱两端被磨平并且涂上银，一端为反射镜，而另一端为半银制镜。红宝石晶体圆柱封装在一个套内以保持冷却。缠绕在圆柱上的螺旋管辐射出闪光（闪光可以在圆柱的一侧或者被反射到圆柱上）。红宝石原子吸收了螺旋管以及发射光的能量，激光束就从红宝石半透明的一侧发射出来。

激光发射一道窄束的相干光，是一道单波长、单色、定向的连续光束或系列短脉冲。

许多物质都能受激，发出相干光。梅曼红宝石晶体——人造氧化铝晶体——制造出了红宝石激光。钕元素也已被用于激光中，如氧化钕或氯化钕的氯氧化硒溶液，以及一氧化碳、氰化氢、氦氖混合气等气态溶解物。后面列举的几种是已经应用了20多年的主要物质。

手电筒或汽车前灯发出的光是四处发散的，所以能照射较大的区域。而激光束能更好地被聚焦——氦-氖激光器发出的激光束散失率不到千分之一。如果激光束从望远镜的相对端通过，激光的散失率将会进一步降低。这种类型的激光可以用做铺设管线和钻探隧道机械的引导装置。红宝石激光可以在钻石上钻孔。

在手术室中，一位护士正在一旁观看外科医生利用激光给一位病人实施手术。由于激光的高定向性，激光手术切口既精准又非常之小，激光手术比用手术刀手术给病人造成的损伤就小得多，这是激光手术最大的优点。

激光撞击在一个表面上时，表面会吸收激光部分能量且温度会升高。激光可以在很小的面积上产生高热，所以人们利用激光去除如精密电子部件上的多余材料，甚至用激光给眼疾病人做视网膜手术。

窄激光束也可以用来测距：激光脉冲撞击到物体的表面时，有部分会被反射回来，由于光速是一样的，所以只要计算出激光脉冲发射与反射回所用的时间就可以计算出两地之间的距离。这种激光装置称做激光雷达。乘坐“阿波罗11号”宇宙飞船登陆月球的宇航员及阿波罗计划的后继者在月球建立了激光反射装置，利用激光雷达测量的月球与地球之间的距离偏差只有几英尺。测绘人员利用激光测绘地貌的平面图，而利用激光雷达精确测距。

激光雷达也可用于测量运动中的物体的速度。如果物体正后退，那么反射回的激光波长要比发射激光的波长略长。换句话说，激光发生了红移。如果物体正在接近，那么反射回的波长就变得稍短，也就是激光发生了蓝移。物体运动得越快，激光的波长改变得越大。