科普-中华学生百科全书-第278节
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激光器能利用特殊技术，在极短的时间内（比如一万亿分之一秒）辐射出巨
大的能量，当它会聚在一点时，可产生几百万度，甚至几千万度的高温。
第二个特点是——颜色最纯
太阳光分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光。不同颜色的光，它
们的波长是各不相同的。在自然界中几乎找不到波长纯而又纯的光，各种波
长的光总是混杂在一起的。
科学家们长期以来一直努力寻找一种波长一致的单色光源。
激光就是这种理想的单色光源。拿氦氖气体激光器来说，它射出的波长
宽度不到一百亿分之一微米，完全可以视为单一而没有偏差的波长，是极纯
的单色光。
第三个特点是——方向最集中
当我们按亮手电筒或打开探照灯时，看上去它们射出的光束在方向上是
笔直的，似乎也很集中，但实际上，当光束射到一定距离后，就散得四分五
裂了。唯有激光才是方向最一致、最集中的光。如果将激光束射向月球，它
不仅只须花 1 秒钟左右便能到达月球表面，而且仅在那里留下一个半径为两
千米的光斑区。
第四个特点是——相干性极好
当用手将池中的水激起水波，并使这些水波的波峰与波峰相叠时，水波
的起伏就会加剧，这种现象就叫干涉，能产生干涉现象的波叫干涉波。激光
是一种相干光波，它的波长、方向等都一致。
物理学家通常用相干长度来表示光的相干性，光源的相干长度越长，光
的相干性越好。而激光的相干长度可达几十千米。因此，如果将激光用于精
密测量，它的最大可测长度要比普通单色光大 10 万倍以上。
激光的四大特点是互有联系，相辅相成的。
略施小技
科学家掌握激光的特性以后，使激光登上显示现代科学技术的大舞台，
让它干了三件不可思议的奇事。
第一件奇事是刺破青天，去叩响月球“广寒宫”的大门。1969 年，美国
的宇航员乘坐宇宙飞船首次登上月球。其实激光早在 1962 年就已经捷足先
“登”上了月球。那次，科学家使用的是红宝石激光束。激光从地球射到月
球上，再从月球返回地球，越过万里长空，来去只花了 2．6 秒。科学家拍摄
了这一珍贵的镜头，摄下了激光在月球上的足迹—一个明亮的红点。
第二件奇事是让激光束钻到人的眼睛里治眼病。眼睛很像照相机，瞳孔
和瞳孔后的晶状是一个光线可以进入的“窗口”。细得像一条线的激光束，
正好从这里射入眼内。晶体像透镜一样，它把激光聚焦在眼底上。焦点非常
小，只有几十微米，和头发丝直径差不多；因此能量高度集中，温度可达 1000
多度，用它来做精确度很高的眼科手术非常理想。比如，把眼底视网膜上的
裂孔封闭起来。这类手术通常需要把眼球从眼眶中摘出来做，病人很痛苦；
现在用激光去“焊接”，对准患处之后，医生一按开关，只要千分之一秒就
可以把裂孔封闭好。速度之快使病人还不知道手术已经结束。
第三件奇事是在离开激光器一两米远的地方放一块 3 毫米厚的钢板，激
光束一下子就能在钢板上打出一个小洞来。它打洞释放的总能量还不及一只
15 瓦的电灯炮 1 秒钟内发出的能量呢。
激光器的种类
气体激光器
在气体激光器中，最常见的是氦氖激光器。世界上第一台氦氖激光器是
继第一台红宝石激光器之后不久，于 1960 年在美国贝尔实验室里由伊朗物理
学家贾万制成的。由于氦氖激光器发出的光束方向性和单色性好，可以连续
工作，所以这种激光器是当今使用最多的激光器，主要用在全息照相的精密
测量、准直定位上。
气体激光器中另一种典型代表是氩离子激光器。它可以发出鲜艳的蓝绿
色光，可连续工作，输出功率达 100 多瓦。这种激光器是在可见光区域内输
出功率最高的一种激光器。由于它发出的激光是蓝绿色的，所以在眼科上用
得最多，因为人眼对蓝绿色的反应很灵敏，眼底视网膜上的血红素、叶黄素
能吸收绿光。因此，用氩离子激光器进行眼科手术时，能迅速形成局部加热，
将视网膜上蛋白质变成凝胶状态，它是焊接视网膜的理想光源。氩离子激光
器发出的蓝绿色激光还能深入海水层，而不被海水吸收，因而可广泛用于水
下勘测作业。
液体、化学和半导体激光器
液体激光器也称染料激光器，因为这类激光器的激活物质是某些有机染
料溶解在乙醇、甲醇或水等液体中形成的溶液。为了激发它们发射出激光，
一般采用高速闪光灯作激光源，或者由其他激光器发出很短的光脉冲。液体
激光器发出的激光对于光谱分析、激光化学和其他科学研究，具有重要的意
义。
化学激光器是用化学反应来产生激光的。如氟原子和氢原子发生化学反
应时，能生成处于激发状态的氟化氢分子。这样，当两种气体迅速混合后，
便能产生激光，因此不需要别的能量，就能直接从化学反应中获得很强大的
光能。这类激光器比较适合于野外工作，或用于军事目的，令人畏惧的死光
武器就是应用化学激光器的一项成果。
在当今的激光器中，还有一些是用半导体制成的。它们叫砷化镓半导体
激光器，体积只有火柴盒大小，这是一种微型激光器，输出波长为人眼看不
见的红外线，在 0．8～0．9 微米之间。由于这种激光器体积小，结构简单，只
要通以适当强度的电流就有激光射出，再加上输出波长在红外线光范围内，
所以保密性特别强，很适合用在飞机、军舰和坦克上。
固体激光器
前面所提到的红宝石激光器就是固体激光器的一种。早期的红宝石激光
器是采用普通光源作为激发源。现在生产的红宝石激光器已经开发出许多新
产品，种类也增多。此外，激励的方式也分为好几种，除了光激励外，还有
放电激励、热激励和化学激励等。
固体激光器中常用的还有钇铝石榴石激光器，它的工作物质是氧化铝和
氧化钇合成的晶体，并掺有氧化钕。激光是由晶体中的钕离子放出，是人眼
看不见的红外光，可以连续工作，也可以脉冲方式工作。由于这种激光器输
出功率比较大，不仅在军事上有用，也可广泛用于工业上。此外，钇铝石榴
石激光器或液体激光器中的染料激光器，对治疗白内障和青光眼十分有效。
“隐身”和“变色”激光器
另外还有两种较为特殊的激光器。一种是二氧化碳激光器，可称“隐身
人”，因为它发出的激光波长为 10．6 微米，“身”处红外区，肉眼不能觉察，
它的工作方式有连续、脉冲两种。连接方式产生的激光功率可达 20 千瓦以
上。脉冲方式产生的波长 10．6 微米激光也是最强大的一种激光。人们已用它
来“打”出原子核中的中子。二氧化碳激光器的出现是激光发展中的重大进
展，也是光武器和核聚变研究中的重大成果。最普通的二氧化碳激光器是一
支长1米左右的放电管。它的一端贴上镀金反射镜片，另一端贴一块能让10．6
微米红外光通过的锗平面镜片作为红外激光输出镜。一般的玻璃镜片不让这
种红外光通过，所以个能做输出镜。放电管放电时发出粉红色的自发辐射光，
它产生的激光是看不见的，在砖上足以把砖头烧到发出耀眼的白光。做实验
时，一不小心就会把自己的衣服烧坏，裸露的皮肤碰到了也要烧伤，所以这
种激光器上都贴着“危险”的标记，操作时要特别留神。
二氧化碳激光器形式很多。放电管最长的达 200 多米，要占据很大的场
地。科学家想出办法，将笔直的放电管弯成来回转折的形状，或是把放电管
叠起来安装，将它们的实际长度压缩到 20 米左右；为了使激光器的光路不受
振动的影响，整个器件安放在地下室粗大的管道内。后来发明的一种称为横
向流动的二氧化碳激光器，长度缩到只有一张大办公桌那样长短，能射出几
千瓦功率的激光。这样的激光器已被许多汽车拖拉机厂用来加工大型零件。
输出功率更大的一种二氧化碳激光器结构像大型喷气发动机，开动起来声音
响得吓人，它能产生上百万瓦的连续激光，是连续方式发射激光中的最强者。
最初的激光打坦克靶实验，用的就是这种激光器。它是科学家把空气动力学
和激光科学相结合而制造出来的。
以脉冲方式发射的二氧化碳激光器也有很多种，在科研和工业中用途极
广。如果按每一脉冲发出的能量大小作比较，那么，脉冲二氧化碳激光器又
是脉冲激光器中的最强者。
这里，我们要回到激光先驱者汤斯曾经研究过的问题上来，谈一谈毫米
波的产生。随着激光技术的发展，许多科学家对这一难题又发起了进攻：采
用放电或利用强大的二氧化碳激光作为激励源去激发氟甲烷、氨等气体分
子，一步步地把发射出来的激光波长延长，扩展。开始达几十微米，后来达
几百微米，也就是亚毫米波了。本世纪 60 年代中期到 70 年代中期，随着微
波技术的发展，科学家根据激光的原理和方法产生了毫米波。这样，从光波
到微波之间的空白地带便被不断发现的新红外激光填补了。
从研究中，科学家发现毫米波很有实用价值：大气对它的吸收率很小、
阻碍它传播的影响也小，可以用它来作为新的大气通讯工具。
另一种比较特殊、新颖的激光器，可以形象地称它为“变色龙”。它不
是龙，但确实能变色；只要转动一个激光器上的旋钮，就可以获得红、橙、
黄、绿、青、蓝、紫各种颜色的激光。
难道染料跟激光器也有关系吗？一点也不错。这种激光器的工作物质确
实就是染料，如碳花青、若丹明和香豆素等等。科学家至今还没有弄清楚这
些染料的分子能级和原子结构，只知道它们与气体工作物质的气体原子、离
子结构不一样；气体产生的激光有明确的波长，而染料产生的激光，波长范
围较广，或者说有多种色彩。染料激光器的光学谐振腔中装有一个称为光栅
的光学元件。通过它可以根据需要选择激光的色彩，就像从收音机里选听不
同频率的无线电台广播一样。
染料激光器的激励源是光泵，可以用脉冲氙灯，也可以用氮分子激光器
发出的激光。用一种颜色的激光作光泵，结果能产生其他颜色的激光可以说
是染料激光器的特点之一。
这种根据需要可以随时改变产生激光的波长的激光器，主要用于光谱学
研究；许多物质会有选择地吸收某些波长的光，产生共振现象。科学家用这
些现象分析物质，了解材料结构；还用这些激光器来产生新的激光，研究一
些奇异的光学和光谱学现象。
少年激光科学家
激光器虽然是崭新的现代文明，激光技术也成为一项尖端技术，但它也
决不是高不可攀的。
在第一台红宝石激光器出现后一年，美国德克萨斯州就有一位 15 岁的少
年自制了一台红宝石激光器，在中学生科学展览会上获得了第一名。
他是一个优等生，喜欢篮球、足球。在掌握了一部分激光的基础知识后，
便想做一台激光器试试。开始，这计划看起来是无法实现的。有人告诉他自
制激光器的想法不切实际：就拿激光器的核心部分——红宝石晶体来说，价
值之高决不是一个中学生负担得起的。但是他并不气馁，而是鼓起勇气，给
几家制造红宝石晶体的公司写信，请求帮助。最后，终于有一家公司满足了
他的愿望，一支精心包装的红宝石棒寄到了他的手里。作为宇航工程师的父
亲，不仅在精神上鼓励他工作，并且请了一位搞电子技术的同事给他指导和
帮助。这位少年每大做完学校布置的课外作业后，把余下的时间都用于制作
激光器。他花了 13 个月时间先装好 4000 伏高压电源，接着安装激光器主体
部分，竟然一次成功。激光器闪出一道红色的激光束，能在刀片上打出一个
小孔。
少年读者也可以利用课余时间制作一台前面提到的氮分子激光器。制作
这样的激光器，只要由学校提供一部分材料，有成年人的指导，少年读者是
有可能胜任的。制作一台氮分子激光器比那位美国少年制作红宝石激光器容
易得多。
少年读者能看到自制的激光器发出激光，那是多么令人喜悦的事情啊！
