cription="編“神奇之光”的神奇之處
激光是20世紀以來繼量子物理學(xué)、核能、計算機、半導(dǎo)體之后，人類的又一重大發(fā)明。因為它是原子受激輻射發(fā)出的光，所以稱為“激光”。
激光原本在自然界并不存在，它的誕生最早來自愛因斯坦在解釋黑體輻射定律時提出的假說，即光的吸收和發(fā)射可經(jīng)由受激吸收、受激輻射和自發(fā)輻射3種基本途徑。其中，受激輻射可使一個光子先后激發(fā)出很多個性質(zhì)相同的光子，頻率和步調(diào)整齊一致，從而出現(xiàn)一束弱光最終激發(fā)出強光的現(xiàn)象，即“受激輻射的光放大”。這就是愛因斯坦的“受激輻射”理論，他從理論上預(yù)言了原子發(fā)生受激輻射的可能性。因此，物理界將激光產(chǎn)生機理溯源于愛因斯坦的假說。這樣算來，激光至今已有了上百年歷史。
從1916年愛因斯坦提出“受激輻射”理論，到1960年人類獲得第一束激光、世界上第一臺激光器誕生，整整用了43年?？梢姡茖W(xué)家為了獲得這束光是多么艱難而漫長。最難得到的往往都是最好的，激光更是這樣，它一經(jīng)問世，便被譽為“神奇之光”。那么，它有何神奇之處呢？
定向發(fā)光，方向性好。普通光源是向四面八方發(fā)光，如果要讓其朝一個方向照射，必須給光源裝上一個聚光裝置，如探照燈。激光天生就是朝一個方向發(fā)光，發(fā)散角非常小，方向集中，接近平行。1962年，人類第一次使用激光照射月球，在相隔約38萬千米遠的月球表面上，其光斑直徑不到兩公里。
亮度極高，能量密度大。普通光源中，太陽的亮度最高，而激光與太陽光相比，亮度要高百億倍，是目前最亮的光。激光器發(fā)射大量光子，短時間里聚集巨大能量，聚焦一點可產(chǎn)生百萬甚至上千萬攝氏度的高溫。
相位一致，相干性好。相干性是所有波的共性，激光的所有光子都相同且步調(diào)一致，其橫截面上各點間有固定的相位關(guān)系，具有很好的空間相干性，成為最好的相干光源，而普通光的光波并不同步，屬于非相干光。
顏色極純，單色性好。普通光源發(fā)射的光子，波長（或頻率）各不相同，不同波長對應(yīng)有不同顏色。而激光不僅波長（或頻率）基本一致，且譜線寬度很窄，因此，它是一種顏色極純的單色光。
生活中無處不見的應(yīng)用
自從人類發(fā)現(xiàn)了激光，特別是激光器的誕生，它便以其無與倫比的優(yōu)越性在各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。從1961年首次在外科手術(shù)應(yīng)用激光殺滅視網(wǎng)膜腫瘤，到今天激光焊接、激光測距、激光雕刻、激光通信、激光醫(yī)療等，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、信息處理、醫(yī)療衛(wèi)生、文化教育、影視藝術(shù)以及科學(xué)研究等諸多領(lǐng)域，帶來了一系列令人難以置信又不得不信的變革性突破。
在工業(yè)領(lǐng)域，運用激光束能量集中的優(yōu)點切割材料，激光束將切割線部位熔化，同時將熔化材料吹走，切割面平整而光滑。采用短脈沖激光對材料表面快速作用進行激光清洗，可將鐵銹、油漆、氧化膜等一掃而光。利用激光束高密度能量等特點，還創(chuàng)造出激光焊接、熔覆、雕刻、打標、打孔、3D打印等新技術(shù)。用激光作為測距光源，可測距離遠且精度極高。在信息通信領(lǐng)域，一條用激光傳送信號的光纜，可以攜帶相當于2萬根電話銅線所攜帶的信息量，且保密性好、抗干擾能力強。在醫(yī)療衛(wèi)生方面，常見的有激光手術(shù)、激光碎結(jié)石、激光矯視、激光美容等。因此，它被稱為是“最亮的光”“最快的刀”“最準的尺”。
隨著技術(shù)進步和工藝水平的提高，未來激光器將朝著脈沖速度更快、平均功率更高、光束質(zhì)量更好、譜線寬度更窄的方向發(fā)展。近年來，該領(lǐng)域正朝著可調(diào)諧固體激光器、超快光纖激光器、大能量紫外激光器應(yīng)用等激光加工和激光感知方向快速發(fā)展，在信息技術(shù)、新能源、新材料、智能制造、生物醫(yī)療、電子及航空航天等方面的應(yīng)用越來越廣泛，發(fā)揮出巨大的創(chuàng)新驅(qū)動作用。
軍事應(yīng)用方興未艾
你相信嗎？一束總能量不足以煮熟一個雞蛋的激光，能穿透3毫米厚的鋼板。
激光束能量瞬間高度集中的這一特點，使得它在軍事領(lǐng)域有了用武之地。1983年，時任美國總統(tǒng)里根在談到“星球大戰(zhàn)”時，第一次描繪了基于太空的激光武器，從此，激光武器走進人們的視野。此后，美國、俄羅斯、法國、以色列等國憑借其科技優(yōu)勢，在激光武器研究方面不斷取得進展，多種激光武器和激光制導(dǎo)武器不斷問世。
激光武器是一種利用定向發(fā)射的激光束直接毀傷目標或使其失效的定向能武器。它主要由激光器和跟蹤、瞄準、發(fā)射裝置等部分組成，其主要特點，一是攻擊速度極快，激光束可以每秒30萬公里速度向目標發(fā)射；二是攻擊功率高，短時間內(nèi)集中的能量，遠遠超過相同時間核武器釋放的能量，對目標進行遠距離毀傷，卻不會產(chǎn)生放射性污染；三是不受電磁干擾，可以靈活地改變方向，實現(xiàn)快速、精確打擊。
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，根據(jù)能量大小，又相對應(yīng)地分為低能和高能激光武器。
戰(zhàn)術(shù)激光武器以激光作為能量，可像常規(guī)武器那樣直接擊毀火箭彈、無人機等武器或敵方光電設(shè)備，如激光槍和激光炮。戰(zhàn)略激光武器則主要用于擊毀洲際導(dǎo)彈、致盲或摧毀衛(wèi)星等，自上世紀70年代以來，美俄兩國以多種名義進行了數(shù)十次反衛(wèi)星激光武器試驗。近年來，高能激光武器研制取得長足進步。2017年，美國研制的名為“雅典娜”的地面機動式、大功率光纖激光武器，在測試中成功擊落了5架無人機，驗證了其對空中目標的殺傷力。德國研制的高能激光武器系統(tǒng)“天空衛(wèi)士”，在測試中成功擊落了以每秒50米速度飛行的無人機，燒穿了1千米外、15毫米厚的裝甲鋼板，效果“出奇的好”。今年3月1日，俄羅斯宣布在新一代高能激光武器系統(tǒng)的研發(fā)上取得重大進展，并公布了新型機動型高能激光武器系統(tǒng)的影像資料。
其實，激光在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用遠不止這些。如有著自主導(dǎo)航系統(tǒng)“CPU”之譽的激光陀螺，它可以使飛機、艦船、火箭、導(dǎo)彈等運動載體不依賴外部導(dǎo)航信息，實現(xiàn)精確定位、精確控制、精確打擊，但激光陀螺的研制與生產(chǎn)難度極大，工藝要求也高。此外，還有激光雷達、激光制導(dǎo)、激光模擬訓(xùn)練器材等。
前不久，2018年諾貝爾物理學(xué)獎揭曉，來自美國、法國和加拿大的科學(xué)家共同獲得該獎，以表彰他們在激光物理領(lǐng)域的突破性貢獻。
“一束光”的研究與發(fā)明成果先后10次獲得諾貝爾物理學(xué)獎，它的廣泛應(yīng)用更是帶來了一系列突破性創(chuàng)新，演繹著無數(shù)的光榮與夢想。
【專家簡介】
孫曉泉，國防科技大學(xué)電子對抗學(xué)院研究員、博士生導(dǎo)師，從事激光應(yīng)用技術(shù)教學(xué)科研工作30余年，先后主持軍內(nèi)外科研課題10余項，獲重大科技獎勵10余項。
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