激光是非常優(yōu)秀的光，作為“最快的刀”和“最準(zhǔn)的尺”應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。據(jù)說(shuō)激光照射到30萬(wàn)千米之外的月球上，光斑都不到兩千米寬。

激光為什么有這么優(yōu)秀的品質(zhì)?因?yàn)榻M成激光的光子就像個(gè)頭一樣高、訓(xùn)練有素、紀(jì)律嚴(yán)明的士兵一樣，列隊(duì)整齊、步伐一致地向前走，換句話說(shuō)，激光中的光子很純，它們的頻率、振動(dòng)方向和傳播方向都相同。而普通的光，例如太陽(yáng)光，其光子很雜，且秩序混亂，向哪個(gè)方向，以什么姿勢(shì)“走”的都有。

激光怎么變“白”?

激光似乎天生就是顏色單一、朝一個(gè)方向傳播的光。而白光是“雜牌軍”，各種顏色的光都有。那么激光有沒(méi)有可能變“白”呢?如果一種光，既是激光，又是白光，同時(shí)具有白光和激光的優(yōu)秀品質(zhì)，可以做很多普通激光做不到的事情。

這樣的光會(huì)存在嗎?分析一下，如果激光的光子們沒(méi)有“個(gè)頭一樣，步伐一致”，但它們又“列隊(duì)整齊，以同樣的姿勢(shì)向同一個(gè)方向走”，會(huì)怎么樣?也就是光子們的波長(zhǎng)和頻率不同，但振動(dòng)方向一致，傳播方向也一致。這樣的光應(yīng)該是白光，也應(yīng)該具有激光的一些性質(zhì)。

其實(shí)，這樣的光在40年前就出現(xiàn)了!那是在1969年，美國(guó)通用電話電子實(shí)驗(yàn)室的兩位研究人員用強(qiáng)度非常高、持續(xù)時(shí)間只有幾個(gè)皮秒(1皮秒=10^-12秒)的綠色激光穿過(guò)一些特殊的晶體，他們的本意是想觀察晶體振動(dòng)持續(xù)的時(shí)間，結(jié)果卻在晶體的另一端觀察到了白激光!

激光為何會(huì)變“白”呢?原來(lái)，激光的光子在穿越晶體的過(guò)程中經(jīng)歷了奇遇：激光的強(qiáng)度很高時(shí)，光子容易碰到晶體中原子的電子云，并被電子云拽長(zhǎng);而激光的強(qiáng)度低時(shí)，激光光子就不會(huì)被電子云干擾。激光器發(fā)射的激光強(qiáng)度總是在變化，這樣有的光子就被電子云拽長(zhǎng)了，有的卻沒(méi)有受到影響，每個(gè)光子被拽長(zhǎng)的程度不同，于是激光從晶體中射出時(shí)，光子們就變成了“個(gè)頭不同”、也就是波長(zhǎng)不同的白激光了。

雖然這些光子的“身材”發(fā)生了變化，但它們還是盡量聽(tīng)從命令，以標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)，列隊(duì)整齊地向一個(gè)方向前進(jìn)。因此，它們還算是激光。只是因?yàn)樗鼈儭坝械耐乳L(zhǎng)，有的腿短”，前進(jìn)距離遠(yuǎn)了，受周圍環(huán)境的影響不同，傳播方向就會(huì)受到影響。因此要把白激光投射到月球上，光斑可就不止兩千米寬了。

未來(lái)的數(shù)據(jù)傳輸利器

我們知道，白激光的光子雖然“個(gè)頭不同，步伐的頻率不同”，但它們卻都是以同樣的姿勢(shì)在一個(gè)方向上“踏步”的，如果給它們重新“分隊(duì)”，“個(gè)頭”一樣的在一個(gè)“隊(duì)”中，它們就可以分成很多標(biāo)準(zhǔn)的“方隊(duì)”，每個(gè)“方隊(duì)”就像單色激光一樣，“個(gè)頭一樣、步伐一致、列隊(duì)整齊”了。因此可以說(shuō)，白激光相當(dāng)于許多頻率的單色激光“擰”在一起了。

現(xiàn)在的光纖通信，利用的是激光光子振動(dòng)方向一致的性質(zhì)，頻率和振動(dòng)方向一致的光子相遇時(shí)，就像兩列同樣的水波相遇一樣，能量可以相互抵消或加強(qiáng)，可以把信息轉(zhuǎn)化為光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行傳遞，之后，光強(qiáng)信號(hào)再進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。只是現(xiàn)在用單色激光傳遞信息的速度有限，因?yàn)橐环N頻率的光只能攜帶一種信息。為了獲得高速的信息傳遞，目前的做法就是用幾百個(gè)激光器同時(shí)發(fā)射激光，不同頻率的激光信號(hào)同時(shí)穿過(guò)光纖，才可以滿足一定的需求，依靠這種方式，兩座城市之間典型的光纖通信傳輸速率，只能達(dá)到每秒1萬(wàn)兆比特左右。

而白激光出馬，情況就不同了。大量不同頻率的激光“擰”在一起，相當(dāng)于大量激光器同時(shí)發(fā)射的激光，每種頻率的激光攜帶信息后同時(shí)在光纖中傳播，大大提高了電信數(shù)據(jù)傳輸速率，達(dá)到每秒百萬(wàn)兆比特，甚至十億兆比特，這樣就可以很容易滿足全球大容量通信和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨罅恕?/p>

現(xiàn)在日本的幾個(gè)研究小組利用白激光，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了每秒百萬(wàn)兆比特的數(shù)據(jù)傳輸速率，更快的傳輸速率，也是指日可待。

更寬闊的表演舞臺(tái)

白激光還能在探測(cè)大氣環(huán)境時(shí)大顯身手。例如，空氣中不同的污染物和懸浮物吸收的是不同頻率的光，例如有的吸收紫外線，有的吸收藍(lán)光，有的吸收紅光……如果我們向高空發(fā)射白激光，通過(guò)檢測(cè)白激光被吸收的情況，就可以知道大氣中含有什么樣的污染物或懸浮物了。

對(duì)視網(wǎng)膜、癌細(xì)胞等微小結(jié)構(gòu)的觀察，也需要白激光來(lái)幫忙。以前用普通激光作為光源時(shí)，得到的圖像是單顏色的，相當(dāng)于黑白照片，會(huì)漏掉很多信息。如果采用白激光作為光源，我們將得到一幅彩色圖像，獲得更多的細(xì)節(jié)信息，也會(huì)相應(yīng)提高成像的分辨率。目前采用單色激光，2微米以下的細(xì)微結(jié)構(gòu)我們就看不清了;而采用白激光，我們可以看清0.5微米左右的細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這樣我們就可以了解細(xì)胞更細(xì)微的結(jié)構(gòu)了。

白激光還有更大的用途。比如現(xiàn)在最精確的時(shí)間——原子時(shí)，是用銫原子電子的特定頻率來(lái)定義的，從精確性上看已經(jīng)很不錯(cuò)了。但是對(duì)于光合作用、化學(xué)反應(yīng)的各個(gè)步驟、視網(wǎng)膜中光子是如何被吸收的……這些事件的持續(xù)過(guò)程可能只有幾個(gè)皮秒或幾個(gè)飛秒(1飛秒=10^-15秒)，原子時(shí)的精度就不夠了。而用已知頻率的白激光做為時(shí)間的度量工具，可以把精確性從原子時(shí)的級(jí)別提高100倍，一些稍縱即逝的事件就可以研究了。

白激光甚至還可以驗(yàn)證狹義相對(duì)論，探測(cè)宇宙空間是不是均勻，等等。白激光真是多才多藝!