本文作者：姜建偉

“要組織一批人專門去研究它。……，專門研究它。”

——《毛澤東文集》第八卷第352頁

上世紀(jì)60年代，美國工程師西奧多?梅曼發(fā)明了世界上第一臺(tái)紅寶石激光器，正式宣告人類社會(huì)從傳統(tǒng)物理光學(xué)進(jìn)入現(xiàn)代光學(xué)時(shí)代。一年后，在王之江院士的帶領(lǐng)下，中國科學(xué)院長(zhǎng)春光機(jī)所研制出第一臺(tái)國產(chǎn)激光器（如圖1所示）。從激光的誕生開始，黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人就高度重視。1963年12月16日，時(shí)任國家國防科工委主任聶榮臻元帥向毛澤東同志匯報(bào)激光技術(shù)的研究與應(yīng)用。上海光學(xué)精密機(jī)械研究所也在相關(guān)背景下積極籌備成立，對(duì)推動(dòng)我國激光技術(shù)發(fā)展起到重要作用。從1964年到2024年，我國的激光技術(shù)有著飛躍的發(fā)展。激光，這個(gè)聽起來充滿未來感、高級(jí)感的詞匯，早已滲透到日常生活的方方面面。從超市的條形碼掃描到高端制造業(yè)的精密切割，激光技術(shù)的應(yīng)用無處不在。那么，激光究竟是什么？它又是如何工作的呢？我國激光技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀有哪些？本文將為您解答這些疑問。

關(guān)鍵詞：激光器；激光原理；640工程；光學(xué)精密機(jī)械；

圖1:我國第一臺(tái)紅寶石激光器（來源：https://www.troteclaser.com/）

圖2:不同顏色的激光光束（來源：https://www.troteclaser.com/、封面圖片）

泵浦源提供能量給激光介質(zhì)，使介質(zhì)中的原子或分子激發(fā)到高能級(jí)。泵浦源可以是電能（如激光二極管）、光能（如閃光燈或另一個(gè)激光器）或其他形式的能量^[6]。

諧振腔由兩個(gè)平行的反射鏡組成，一個(gè)全反射鏡和一個(gè)部分反射鏡。激光在這兩個(gè)鏡子之間來回反射，每次通過激光介質(zhì)時(shí)都會(huì)得到放大，最終從部分反射鏡輸出^[7]。

圖3:激光器工作原理（來源：參考文獻(xiàn)^[8]）

如圖4所示，采用高功率激光（如CO₂激光或光纖激光）對(duì)金屬（鋼、鋁）和非金屬（塑料、陶瓷）材料進(jìn)行切割，切割精度可達(dá)±0.1毫米，適用于汽車零部件、航空航天精密部件的加工。在汽車制造中，激光焊接用于電池組密封焊接（如電動(dòng)汽車鋰電池）和車身框架連接，焊縫寬度可控制在0.2-0.5毫米；在電子產(chǎn)品中，激光用于微電子元件（如傳感器、芯片封裝）的無損焊接。利用紫外或光纖激光在材料表面形成永久標(biāo)識(shí)，例如條形碼/二維碼打標(biāo)分辨率可以達(dá)1200 dpi，適用于醫(yī)療器械追溯和奢侈品防偽^[9]。

（2）醫(yī)療領(lǐng)域

眼科手術(shù)方面，通過飛秒激光（波長(zhǎng)1053 nm）切削角膜基質(zhì)層，矯正近視/散光的精度達(dá)到±5微米，術(shù)后視力恢復(fù)誤差小于0.25屈光度。利用激光輔助晶狀體切割，切口精度控制在0.1毫米以內(nèi)，可有效治療白內(nèi)障等眼科疾病。如圖5所示，皮膚美容手術(shù)方面，通過半導(dǎo)體激光（波長(zhǎng)808 nm）選擇性破壞毛囊，單次療程減少毛發(fā)量70%-80%。此外，激光在外科手術(shù)方面也有很大作用，利用CO₂激光用于腫瘤切除，切割深度可精確至0.1毫米，術(shù)中出血量減少60%^[10]。

（3）通信技術(shù)

光纖通信方面，電信運(yùn)營商（如中國移動(dòng)、AT&T、Verizon）都開始部署基于1550 nm半導(dǎo)體激光器的單模光纖網(wǎng)絡(luò)，支撐5G基站、數(shù)據(jù)中心和海底光纜的超高速傳輸（100 Gbps-400 Gbps。華為公司目前正在研發(fā)密集波分復(fù)用（DWDM）技術(shù)，通過單根光纖同時(shí)傳輸多波長(zhǎng)激光信號(hào)，提升光纖容量至10 Tbps以上，滿足云計(jì)算和流媒體服務(wù)的需求^[11]。

（4）精密測(cè)量

采用可調(diào)諧二極管激光吸收光譜（TDLAS）檢測(cè)大氣中CO₂、CH₄等溫室氣體，靈敏度達(dá)ppb級(jí)，用于碳排放監(jiān)測(cè)和污染源追蹤。利用拉曼激光光譜儀（波長(zhǎng)785 nm/532 nm）分析半導(dǎo)體、納米材料分子結(jié)構(gòu)，空間分辨率達(dá)1微米，指導(dǎo)新材料研發(fā)。生物醫(yī)學(xué)方面，應(yīng)用光鑷技術(shù)（波長(zhǎng)1064 nm激光）捕獲并操控單個(gè)細(xì)胞、DNA鏈或病毒顆粒，研究微生物力學(xué)特性與藥物相互作用機(jī)制^[12]。

圖4:激光切割（來源：參考文獻(xiàn)^[13]）

圖5:激光多譜勒醫(yī)療儀器（來源：參考文獻(xiàn)^[13]）

圖6:中國激光市場(chǎng)（來源：http://www.people.com.cn）

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