激光的功勋及原理解析

激光的功勋

“激光”一词的涵义，已经道破了激光产生的原理。其核心是受激光发光过程和光的放大。而要了解这些问题，就必须知道原子结构的奥秘以及原子为什么会发光。

原子结构的秘密

从1909年意大利科学家伽利略发明了望远镜，人们对浩瀚的宇宙不停地进行观察和分析计算，知道了月亮绕地球旋转。地球绕太阳旋转，太阳带着太阳系的八大行星又以250千米/秒的速度绕银河系中心转动，整个银河系也在运动着，以210千米/秒的速度向麒麟星座飞去。现在被人们发现的宇宙直径已达49亿光年。整个宇宙是一个无限美妙、无限广阔的世界。

另一方面，从古希腊和罗马时代，人们已经开始探索微观世界的奥秘。18世纪初期，人们认识了千变万化的物质都是由分子组成的，分子是由原子组成的。原子很小，用普通的显微镜观察，也看不见它。不同的物质由不同的原子组成。如水分子是由2个氢原子和1个氧原子组成的;食盐的分子是由1个氯原子和1个钠原子组成的等等。

到了20世纪初，人们终于在实验的基础上揭开了原子结构的奥秘。原来，原子的结构好像是一个小小的太阳系。原子是由原子核和若干电子组成的，电子围绕着原子核不停地旋转，就像地球绕太阳旋转一般。宏观宇宙浩瀚无垠，微观原子微乎其微，但是，它们却如此地相似!原子核带有正电核，电子带有负电荷，正、负电荷的数量正好相等，因此，整个原子看起来并不带电。氢原子的结构最简单，核外只有1个电子。氦原子中有2个电子，氧原子中有16个电子，铀原子中有92个电子，真是一个“大家族”。

原子结构

电子可以在许多特定的轨道上绕原子核旋转。这些轨道犹如登山的台阶，一级一级由低向高延伸，但是台阶通常是一级一级等间隔的，电子的轨道越低，间隔越小;轨道越高，间隔就越大。爬山上楼要费力气，电子从低轨道跳跃到高轨道同样需要能量，这个能量可以通过吸收外界的电能、光能、热能等来取得。所以，如果没有外界能量的提供，电子总是处在最低的轨道上。一般说来，电子处于低轨道的原子总是多于电子处于高轨道的原子。

原子为何会发光

如果，原子中的电子得到了外界的能量，比如热能(对物质加热)、光能(用光照射)、电能(加上电压，让气体放电)等，电子就能从较低的轨道跳跃到较高的轨道上去。这种过程叫做激发。相反，电子从较高的轨道跳回较低的轨道，它就会把从外界得到的那份能量又“吐”了出来。这份能量可以转变为光能。这种过程就是发光。

电子在不同轨道之间跃迁，发光的波长也不相同，就是说，光的颜色不同。

电子从较高轨道往下跳有2种不同的形式:一种是自动的，另一种是受影响的。

水总是从高处往低处流，成熟的果子总是要纷纷下落，这是因为地球对物体有吸引力。原子中的电子也是这样，因为受到原子核的吸引力，处于较高轨道的电子是不稳定的，总是力图跳回到较低的轨道上来。这种自动跳迁的发光形式，通常叫作自发发光。

另一种发光形式叫做受激发光，意思是说电子从较高的轨道往下跳，是受到外界光子的“刺激”才产生的。这种现象并不奇怪，在大自然中也常有这样的事。比如，夏天的树枝上，常常传来蝉的“知了，知了”声。秋天的草丛中，蟋蟀发出的叫声。春天的稻田里，可以听到青蛙的“呱呱”声。这类动物，只要有一只先叫起来，其余的受到“刺激”，也以同样的声音跟着叫。

发光的形式不同，发光的性质也不同。自发发光时，光线射向四面八方，光子的状态(指光的传播方向、光的波长等性质)都是各不相同的。受激发光时，光线向同一方向，光子具有完全相同的状态，根本无法区别哪一个光刺激电子跃迁的，哪一个光电子跃迁时新产生的。

光能放大吗

通过一次受激发光过程，原来的光子和新产生的光子一模一样，一个光子就变成了两个相同的光子。而这两个光子又去激发其他原子，又产生了新的更多的完全相同的光子……这个过程不断地进行着，这就意味着光被加强了，或者说，光被放大了。光越放越大，就能成为激光。可见，受激发光过程是产生激光的最基本的过程。激光本来的含义，正是由于受激发光所产生的光放大。

受激发光过程，早在1917年，由物理学家爱因斯坦首先提出。但是，过了40多年，才在实验技术上实现了光的放大。原因在哪里呢?

世界是复杂的，事物总是处于对立的矛盾之中。光子和原子的相互作用也是这样。一种物质总是由大量相同的原子组成。有些原子中的电子处于较高的轨道，我们把它们称为高能级的原子。原子中的电子处于较低的轨道，我们把它们称为低能级的原子。当一个光子和这些原子相互作用时，一方面，这个光子可以去“刺激”高能级的原子，使它产生受激发光，使光得到放大;另一方面，这个光子也可以被低能级的原子所吸收(“吃掉”)，光子的能量转变为电子的能量，使电子从低的轨道跃迁到高的轨道，使光减弱。这两种过程是同时存在的，它们相互竞争着。对于光子来说，它对待高能级的电子和低能级的原子，是“一视同仁”的!它们和光子相互作用的机会是一样的。这好似有奖储蓄，每一份对奖券中奖的机会是相同的。如果在大量相同的原子中，处于高能级原子的数目比较多，处于低能级的原子数目比较少，那么，高能级的原子和光子作用的机会就多，也就是受激发光的机会就多。而低能级的原子和光子作用的机会就少，即光被吸收的机会就少。这样一来，受激发光过程将超过光的吸收过程而占据主导地位，新产生的光子数目超过光子被原子吸收的数目，总的来说，光就被放大了。

光通过介质

由此可见，光通过介质和原子相互作用时，究竟是放大，还是衰减，取决于高能级的原子数目多，还是低能级的原子数目多。哪一个能级的原子数目大，它们和光子作用的次数就多。这好比集体有奖储蓄，哪一个单位认购的份数多，哪一个单位中奖的机会就多。

要获得光的放大，必须造成这样一种局面:介质中高能级电子的数目大于低能级原子的数目。遗憾的是，电子总是喜欢处在较低的轨道上，也就是低能级的原子数目比较大，这就是产生光放大的困难所在。然而，有志者，事竟成!人们通过种种努力，采取对介质加热、光照、气体放电等方法，强迫电子处在某些较高的轨道上，造成高能级的原子数目大于低能级的原子数目。这时，光通过这样的介质，就能放大了。我们叫这种介质为放大介质。

激光唱片

1877年，美国大发明家爱迪生发明了会说活、唱歌的机器——留声机。它的发明给我们的文化生活增添了新的乐趣，不用出门到戏院，在家中就可以欣赏自己喜欢的戏曲、歌曲，而且还不受广播电台播放内容和时间的限制，自己高兴听什么戏曲、歌曲就听什么，高兴什么时候听就什么时候听。这多有乐趣!

激光唱片

人们欣赏音乐的水平在不断提高，对唱片质量也不断提出新要求。比如，要求一张唱片能播放更长时间的节目，要求放出的歌曲犹如实际演唱会上演奏的，不夹杂音，有立体感。制造唱片的技术确也不断在改进，制出的唱片质量不断地在提高。更令人注目的是激光技术给唱片带来的影响。用激光灌音和用激光做唱针放音的唱片，我们叫它激光唱片，通常也称CD唱片，那是一种最新式的唱片。它能放出非常优美动听的乐曲，如同乐队和演员就站在跟前演出一般。普通唱片难免要出一点“沙、沙”的杂音，那是唱针与盘面摩擦发出的杂声。激光唱片在灌音和放音时用的是激光，它和唱片的盘面没有机械接触，当然也就没有由摩擦而产生的杂声。同时，也因为激光唱针和盘面没有机械摩擦，唱片反复使用时间长了，它的音槽不会发生磨损，换句话说，唱片可以长时间使用，用它十年八年没问题。还有，激光唱针“针头”极细，大约为1微米，比普通机械针尖小，所以，激光唱片的音槽可以做得很小。因而唱片单位面积上可以录入的信息多，唱片能放音的时间长，一张直径12厘米的激光唱片，能播放1小时的节目。因为激光唱片有这么多优点，所以它很受大众的喜爱。现在，激光唱片已进入千家万户，小学生都知道CD唱片，都知道使用激光的唱片。

人的说话和乐器演奏发出的声波，会引起传声器金属膜片作相应振动，把这些振动进行放大之后调制激光束。如果这束被声波调制了的激光在镀有金属薄膜的盘上刻划，就会在盘上刻出一道道长短不一的小坑，它们反映着声音振幅的大小。声音就是这样被“灌”进那只镀金属膜的盘上。这只盘是母盘，然后利用它做模子，通过模压方法，进行大量生产。激光唱片在放音时，这个过程与录制过程刚好相反。它也是用一束激光做唱针。照射到唱片沟纹上的激光再反射回来，由光学系统传送给光电接收系统，把强弱变化的激光信号转变成强弱变化的电信号，再驱动喇叭，就可以把声音放出来了。

最硬的“钻头”

激光钻头

在工厂里，我们可以看到工人师傅制造了各种各样的机器，在机器的零部件上都有大小不一的孔，这些孔通常都是用钻头来进行加工的。利用钻头打孔，主要是利用钻头本身的硬度，钻头越硬，钻孔的本领就越大。比如高碳钢要比普通的铜硬得多，因此用高碳钢钻头可以轻而易举地在铜板和铁板上打孔。但是像金刚石这类硬质材料和陶瓷这类又硬又脆的材料，要打出一个孔来就十分费事了。例如，制造拉制细金司丝的金刚石模具，必须在模具上打出许许多多细小的微孔来。由于金刚石的硬度非常大，需要用镶有金刚石的硬化钢钻头，打一个孔要花5～10小时，生产效率很低，噪音高，劳动强度大。钟表里宝石轴承的加工也是如此，既费时又费力。

利用激光打孔真可以说是无坚不摧，可以对任何材料打孔。道理很简单，激光束通过透镜聚焦，使材料表面焦点区域产生极高的温度，温度上升的速度非常快，可以达到每秒一百亿度，使材料迅速烧熔、汽化，形成小孔。

激光打孔与普通的钻头钻孔相比，有许多独特的优点。它完全不受加工材料硬度和脆性的限制，对钨、钽、钼、镍钴合金都能加工。它打孔的速度非常快，可以在几千分之一秒、甚至几百万分之一秒内打出小孔。还有，激光打孔不像钻头那样，由于磨损需要不断更换钻头，而且，激光打孔是非接触的，光束不会玷污加工部件，便于自动化连续工作。

削铁如泥的利刃

人们常用“削铁如泥”来形容刀刃的锋利，这只不过是夸张的说法而已。有了激光器以后，“削铁如泥”就不是什么稀奇事了。

激光切割机

激光切割和激光打孔的原理相似，只要移动激光束或者移动工件进行连续打孔，使孔连成线就是了。和激光打孔一样，激光切割几乎不受材料的限制，尤其擅长于切割高硬度、高熔点、脆性、轫性的材料。激光不仅可以切割金属，也可以切割多种非金属材料，如陶瓷、塑料、橡胶、布料、木板、纸张、胶合板、人造革、有机玻璃等，真可称其为万能快刀。

日本丰田和本田两汽车公司利用计算机控制的激光切割机，从毛坯上切割出平整的模具和汽车零件。我国长春第一汽车制造厂利用激光切割20多种形状复杂的金属材料，不仅能切割平面曲线零件，而且能切割曲面零件。切割钢板厚度可达6毫米，切缝只有3毫米。激光切割的速度比其他方法提高100倍左右。以往对于金司的钻孔或切割往往伴有极大的响声，用激光束加工几乎是寂静无声的，大大减少噪音对工人和环境的危害。

对合成纤维布料的切割，激光具有特殊的优越性。因为纤维布的切口被激光熔化后立即凝固，自动地封好口，不会像刀切那样松开，出现毛边。

激光还可以用来切割高硬度材料，如陶瓷、石英和金刚石，尤其是切割金刚石，一直是一个难于解决的问题。用激光切割可以使一颗金刚石变为几颗金刚石，对于钟表和首饰的加工特别需要。

神奇的焊枪

打开一台收音机或者电视机，可以看到许多晶体管、电阻、电容、变压器等电子元件，它们彼此通过导线焊接在一起，它们是利用一把电烙铁焊接起来的。但在工业上常常要求两块金属或其他材料熔合在一起成为一个整体，一把普通的电烙铁就无济于事了。在这里激光又有了它的用武之地，它的法宝就是它的高功率密度。

激光焊接片

激光焊接与激光打孔的原理相似，只是焊接时不需要将材料烧穿，而只需要烧熔，使其粘结在一起，因此激光输出功率比激光打孔时低一些。

激光焊接不需要与工件接触，光束能够进入工件深处、凹处、狭缝处进行焊接，而且不需要焊料，避免了杂质对工件的污染，对于高纯材料和贵重金属的焊接特别有用。采用激光焊接陶瓷白金电阻，可为国家节约大量铂金。采用激光焊接金项链，不仅焊接得牢固、美观，而且速度比手工焊接提高几十倍，还可以节约大量焊金。

激光焊接不受材料的限制，甚至连陶瓷也可以焊接，对于我国珍贵的陶瓷古玩的修复工作有很大的意义。激光焊接缝纹极细，一般看不出来，可使古玩保持它美丽的外观。将来还可以利用激光将整座高楼大厦焊接成为一个整体，将石块和砖粘合起来，将砖和钢窗粘合起来，将各种不同的材料粘合起来。“激光建筑法”将大大地加快建设速度，并提高建筑质量和抗地震的能力，建造出全新的楼房。激光将成为“万能焊枪”走进生产和建设中去!

最精细的雕刻刀

早在几百年前，人们就开始在玉石、象牙、玻璃器皿上进行雕刻和磨琢，制成精美的装饰工艺品。尤其是微型雕刻，一粒米粒大的象牙上可以雕刻出几千字的文章，令人赞叹不已。然而，一件精美的雕刻工艺品，需要雕刻家付出艰苦而持久的努力。目前国内外已经开始利用激光作为雕刻刀，对玻璃、瓷器等进行雕刻。

激光雕刻刀

激光具有极好的方向性和单色性，使得激光经过透镜聚焦后，可以得到很小的焦点面积，焦点面积仅有几平方微米(1平方厘米等于1亿平方微米)，因此激光的聚焦光斑就成了世界上最精细的雕刻刀。

激光雕刻刀特别适合于微型和精密加工。

神通广大的计算机，其核心部件都是用大规模集成电路做成的。一块小橡皮那么大的集成电路内包含着几万个到几百万个微小的电子元件。这些元件都要按一定的电路要求连接起来。制作这些电路都是采用光刻的办法。利用激光进行光刻划线，刻出的线宽只有一微米，即万分之一厘米，目前激光刻线已经成为超大规模集成电路制造工艺中不可缺少的工具。激光还能直接和半导体材料相互作用，直接制成各种各样的电子元件。

激光已经代替了以往的雕刻刀，真正担当起制造工艺品的工作。国外用激光雕刻的工艺玻璃制品不仅在市场上畅销，有些已经成为博物馆的收藏品。

用激光雕刻时，玻璃杯或者花瓶可以绕自己的轴旋转，激光束通过旋转反射镜，使光束上下移动。当玻璃杯和激光束同时运动时，激光束就可以扫过玻璃杯或花瓶的整个表面。激光束照射在玻璃上时，玻璃被蒸发掉一部分而留下痕迹。控制激光束的强度，可以改变痕迹的深浅。只要控制花瓶的转动和激光束上下移动，就可按雕刻家的构思刻画出各种美丽的图案。

激光雕刻还可以用套模的方法进行。事先制成一种金属模子，上面雕上各种预先设计好的镂空花纹或图案，然后把它套在待雕刻的花瓶或玻璃杯上，激光束只要扫过镂空的地方，就会透过模子在玻璃杯上留下痕迹，形成和模子相同的图案。

能探查矿藏的激光

我国地大物博，幅员辽阔。利用激光微区光谱分析，来探查矿藏，是一个十分有效的手段。激光的“火眼金睛”能够从矿石中识别出各种各样的物质。在激光探矿方面，我国已经走在世界前列，可以对微细疑难矿物进行鉴定。例如:分析花岗岩中锆英石、黑云母和白云母的微量元素;寻找含铀矿物;分析鉴定砷镍矿、钇锑镍矿、毒砂、钙铬榴石等原来无法探测的矿物;测出方铅矿中的银含量。它不但能够测定矿物的成分，而且能够帮助研究矿物生长的成因，为找出更多的宝贵矿藏作出贡献。

激光光谱分析不但能够对静止常温物体进行探测，由于激光的高方向性和高亮度，光束还能够进入炼钢炉或者化学反应器皿中，对钢水或气体等高温、剧毒的动态介质进行检测。比如传统的钢水成分分析，都是在出钢前，先从炉中取出钢水的样品，等其冷却后，送到光谱实验室确定所含成分的比例。如果合格。才能出钢;如不合格，需再添加适当的原料。这一关键性的步骤，通常需要5～10分钟。如果用激光分析，激光束通过炉顶进入钢水，产生微小的等离子体火球，测量它的光谱，就能知道钢水的成分。这样的测量步骤，仅需几秒钟。

通讯中的激光

我国是最早研究光通讯的国家之一，已经在山东的青岛和黄岛之间建立了二氧化碳激光大气通讯，还研制了用于岛屿、山头之间保密通讯的红外激光通讯机。(www.xing528.com)

激光通讯还可以用于空对地、空对海的定向保密通讯，在军事上，有着重要的意义。

1981年5月，美国在圣地亚哥附近的海域上空采用机载激光通讯系统的方法，从12000米的高空使波长为0.532微米的绿色激光射入海洋，在300米深处与“海豚”号潜艇成功地建立了联系。

随着航天飞机的发射成功，宇航员担负着各种科学研究任务，有时需要走出飞机，进入空间自由行走。这就要求宇航员随时与地面指挥中心，保持密切的通讯联系，以防发生意外。采用无线电通讯方法，设备庞大。美国正着手研究建立宇航员与地面指挥中心的激光通讯系统。

机载激光通讯系统，由于飞机处于飞行状态，寻找目标有一定的困难。采用地球同步人造卫星来进行激光通讯，是比较理想的。由于同步卫星相对于地球几乎是固定不动的，可以在地面上，向同步卫星发射激光，光束通过卫星上的反射器反射到潜艇，实现地面对潜艇的光通讯。这种陆地对海洋的直接通讯方式，只有激光技术才有可能胜任。尽管激光通讯有它独特的优点，但也存在一定的弱点。由于光线按直线传播，在地面通讯时，不能越过建筑物等障碍。在恶劣的气候下，如大雨大雪天气。通讯的质量将严重受到影响，甚至无法记录数据。而且，光束较细，发射点与接受点之间的瞄准有些困难。为克服上述缺点，一种新的通讯手段——光纤通讯产生了。

光纤是由超纯石英玻璃等材料制成的，直径比头发丝还细，仅有几十微米。光纤能像电线那样架设起来，也可以埋在地下，甚至铺设在海底。利用光纤进行通讯，不再受障碍物、气候等外界条件的干扰。

光　纤

美国在华盛顿—纽约—波士顿之间，铺设了光纤通讯线路，总长5万千米。采用脉冲激光，每秒工作9000万次，2700多页的大字典的全部内容，6秒钟就能传送出去。美国贝尔实验室，在一条150千米长的光纤通讯线路上，传输了10亿个数据。

过去，穿过太平洋海底，连结日本—美国海底的电缆通讯，总长10000千米，相当于地球周长的1/4。为了弥补电信号在传输上的损耗，必须设置一系列的中继站。每3.8千米设置一处，用来放大前一个中继站送来的电信号，这样浩大的工程，需要巨额投资和漫长工期，而一根电缆最多只能通过520路电话。现在计划铺设光缆不但能够同时通上几万路电话，而且每隔40千米才设一个中继站。如果采用高质量的光纤，有可能在万里海底的光缆中，不必设置任何中继站，这将节约大量的投资和工时。

总的说来，光纤通讯传输容量大，通讯距离长，体积小，重量轻，保密性好，适用范围广。在未来社会，光纤通讯系统可以把每个家庭的电视机、电话机与计算机中心联系起来，人们可以在家庭电视屏幕上阅读报纸、书刊，查阅资料和订购产品。

导向挖隧道

在采矿、造船和修建铁道、桥梁等大型施工建造中，往往要求精确的定向。通常采用目测方法，误差很大。即使使用仪器，距离一长也不精确。

激光具有很好的方向性，可以使用小的氦—氖激光器，它发出6328埃的红光，射到几千米处，人眼还能看得见，使用起来十分方便。

我国地形复杂，山脉众多。在铁路和公路的建造中，时常需要挖掘隧道。比如从鹰潭到厦门的鹰厦铁路中，就有近40个隧道。有的隧道很长，火车要走近2分钟呢!如果能在挖掘隧道时，利用激光束来帮忙，让挖掘机沿着激光束传播的方向前进，隧道就可以打得又直又快了。

激光导向仪在开凿隧道、筑路、架桥、铺设管道等工程建设中，已经取得了良好的效果。把激光器和发射望远镜固定在机架上，就构成了导向仪。激光束通过发射望远镜射出，并使激光束的方向正好对准隧道的掘进方向。在掘进机上面有一个固定的方位指示板，板上四周装有许多光电接受元件。当激光束正好投射在方位指示板中心时，没有光电信号指示，表示方向正确。如果激光束偏离方位指示板的中心时，光电接受元件就会发出一个讯号，使驾驶员明白偏离的方向，以便及时矫正，或者使自动化控制系统立即调整挖掘机的方位到正确的方向上。这样一来，挖掘机就可以在导向仪的指引下，开凿出一条笔直的隧道来。在2～3千米的距离内，中心位置只偏差1厘米左右。

同样道理，激光导向仪可以引导联合采煤机开采煤矿。我国铜川煤矿用激光导向，在斜进掘进中，创造了一个月掘进605米的新记录，比以前提高50米，并且2次创造了日进尺(每日挖进的公尺数)的世界纪录。

高层建筑垂直测定

建高楼、树高塔，都离不开水平和竖直的监视和测量。常言说，“横平，竖直”是建筑施工的基础。最早的方法，是用拉细绳或钢丝来确定水平位置;用系着铅锤的绳子(叫做垂线或铅垂线)来确定竖直的方向。这种方法靠眼力判断，误差很大，建造普通民房还能对付，用来建造房层建筑就很不可靠了。以后利用水准仪和光学经纬仪，虽有很大的改进，但是使用不方便，测量范围也不大。尤其在现代化的建筑工程中，使用的机器越来越多，要求的速度也越来越快，一般仪器已满足不了工作的需要。利用激光的方向性，用激光束来作水平和竖直的监视、测量，自然是再好不过的了。

我国制成了激光三面测量仪。通过发射部分，将氦—氖激光器的约色光束，加以扫描，使其在空间形成3个互相垂直的基准光平面。

在高楼重叠、烟囱林立的今天，激光准直的应用十分广泛。如海滩竖直打桩的监测;火箭发射塔电梯导轨的校正;电视高塔的安装等等，激光这根“直线”，已经发挥了重大的作用。

飞机安全着落

恶劣的天气常会造成飞机与地面的通讯联系中断，给飞机降落带来麻烦。

通常，机场的控制指挥中心，是通过无线电波的飞行员进行联系的。但是地面的无线电雷达，不能在小于10°～15°的空间范围内，紧贴着地面传播。也就是说，即使在晴天，飞机降落到一定高度时，也收不到无线电信号，只能由飞行员根据机场灯光信号，操作着陆。碰到坏天气，就可能发生意外。

激光束方向性好，又能紧贴地面传播。驾驶员还能直接用眼睛观察。因此，许多国家都采用或者准备采用激光系统来解决飞机的安全着陆问题。

当夜间气候异常时，可以关闭机场灯光，开启激光系统，飞行员可以用眼睛观察激光的“光柱”，沿着光束6、7组成的“空中走廊”降落。在光束3、4、5交叉的“起点”处开始着陆。然后，沿着光束1、2组成的“跑道”滑行。这样，飞机就可以在没有任何灯光和无线电指挥下，安全地降落在机场上。

探测原理是这样的:激光从飞机上发出，并迅速地在飞机前下方的半个球形空间内扫描。当发现目标时，激光束就被反射回来，通过光电系统显示出障碍物的图象。经过实际试险，这种装置可以探测到400米远的架空电缆、电话线。而像树木、建筑物等大一些的障碍物，则在1千米外就能探明，并显示在驾驶员的面前。

不流血的手术刀

一提起手术，人们难免害怕。一怕疼痛，二怕出血。麻药可以镇痛，但出血是避免不了的。尤其遇到老幼体弱的人动手术，失血过多，会影响他们的健康。

激光可以切割钢板，雕刻玻璃，自然也能为人体施行手术。而且，它有一个最突出的优点;激光刀手术不出血或很少出血，被誉为“不出血的手术刀”。

由于激光产生的热，能使血液凝固，手术时能封闭直径2毫米的静脉管和直径1毫米的动脉管，因而适合在血管密集的部位，如肾脏和肝脏器官做手术;由于手术不出血或很少出血，减少了对输血的要求避免了血型不合，或病毒感染的危险;由于手术时封闭了血管和淋巴管，在切除癌肿瘤时，可以防止或减少癌细胞的扩散;又由于免去了结扎血管的手续，缩短了手术时间，减少了感染的机会。

激光手术刀

国内外已经生产出多种外科激光治疗机。用得最多的激光刀是二氧化碳激光，输出波长10.6微米，是看不见的红外光，能够连续工作。激光治疗机远看起来，有点像牙科治疗机。除了激光器外，有一个灵活的“光关节”。它和牙科治疗机的活动机械臂相似，能够上、下、左、右随意移动。不过在“光关节”内装有各种反射镜、棱镜，使得激光能够在光关节内弯曲行走，并且聚焦为细光斑发射出来，这个细光斑就是我们所说的“光刀”。

为了克服看不见二氧化碳红外线激光的困难，上海医用激光仪器厂设计了一种新型的二氧化碳激光治疗机，在治疗机内增加了红色的氦—氖激光作为指示光，让可见的红光和不可见的红外光从光关节口同时射出。医生在可见红光的指引下就能顺利地进行手术，避免了以往因看不见光而操作不准确的状况。红色的激光使激光刀口长了“眼睛”。这里举两个例子，可以看出激光刀的显著功效。

在烧伤科，对于三度烧伤的治疗是十分困难的。三度烧伤，在皮肤组织外面有一层烧伤的焦痂。通常不采用对烧伤焦痂的切除手术，以免引起难于对付的大量红物疗法，等待焦痂自行脱落，然后进行植皮。不幸的是，这样要花费几个星期，甚至几个月(对大面积严重烧伤)的时间。在这期间，烧伤区是细菌理想的繁殖场所，脓毒病感染的可能性极大，有时造成死亡。采用激光治疗，可立即对烧伤焦痂进行清除，即刻将它烧化除去，并立即在清洁面的皮下活组织上植皮，整个手术过程可在当天完成。激光作急性三度烧伤的焦痂清除，近乎达到100%的止血效果。

有的新生婴儿，患有先天性鼻后孔闭锁症，也就是双侧的鼻孔阻塞，不能呼吸。婴儿出生的第一个月，几乎不能用口呼吸，需要大人给予直接的帮助才能维持幼小的生命。稍有不慎，便会导致窒息死亡。而且，这种情况必须维持到1岁以后，也就是说要历经365个日日夜夜的精心护理，才能进行手术治疗。即使手术，对于医生来说，也是十分棘手的事情。采用激光疗法，只要在鼻腔后面的闭锁处打孔，马上就能呼吸畅通。激光刀快速、准确同时具有止血的作用，使初生婴儿免除痛苦和生命的危险。整个手术仅仅需要几分钟。临床经验表明，疗效极好。

视网膜焊接

长期流传着“爱护自己的眼睛，就像爱护自己的生命一样”的说法。爱护自己的眼睛，保护自己的视力是一件十分重要的事情。

眼睛的构造，简单说来，就像一架照相机。视网膜就像照相机的感光底片，瞳孔就像照相机的通光光圈，晶状体就像照相透镜。由景物散射的光，通过瞳孔，射入晶状体，会聚在视网膜上，光线被视网膜上的视紫红质吸收，通过和它相连的视神经，把景物的信息传达到大脑，产生景物形象的感觉。但是视网膜和眼球的其他部分的连结不太牢固，如果高度近视再加上用眼疲劳或者外伤，常会造成视网膜从色素上皮层脱落下来，导致视力急剧减退，甚至完全失明。

利用激光技术，可以把脱落的视网膜重新焊接上去。通过半透膜反射镜，使眼底照明光源和激光器的光线一起射向二向色镜，由它反射后射入眼底视网膜上。医生通过二向色镜，既可以看清病人的眼底，又能按动电纽，使脉冲式激光射入视网膜的脱落处，将视网膜重新焊接起来。

激光焊接视网膜，每次光脉冲的作用时间很短，仅有几千分之一秒。病人没有疼痛感。激光焊接不需住院，只需一般的门诊治疗就可以了。

激光治疗法给广大眼病患者带来了福音。我国已有二十几个省、市开展了激光治疗眼病的工作。治疗眼病的种类在20种以上，其中疗效最好的是激光切除虹膜和视网膜焊接。

奇妙的光针——激光

针灸是祖国医学宝库中一门重要的学科，已有几千年的历史。针灸是针刺和艾灸的简称。针刺就是用金属做成的不同针具通过刺激人体穴位达到治疗目的。艾灸是将艾叶做成的艾绒点燃，熏灼人体穴位的一种治疗方法。它们都是通过人体经络穴位来发生作用的。

按照中医的观点，人体健康说明脏腑经络的功能活动正常。一旦受到致病因素的侵犯，则脏腑或经络的功能，就会遭到损害，体内的气血流通就会受到障碍而发生疾病。用针灸疗法，主要使气血的流动畅通，促使发生障碍的经络功能活动恢复正常。

“经络”不同于血管、神经，看不见、摸不着，长期以来一直是个迷。近年来，通过激光和现代科学手段，初步揭开了经络的奥秘。研究查明，人的皮下组织中存在着电阻小的通路，它们相当于经络。在这些通路上，还有电阻特别小的一些点，这就是穴位。

一般说来，导电性好的物质，其导热性也好。因此，当具有热效应的激光作用于穴位时(激光可以透入皮下组织15毫米左右)，穴位处温度升高，并且通过经络系统传导出去，起到针灸刺激组织生长、舒张血管、镇痛麻醉的作用。所以激光这根“光针”像“银针”一样能治疗很多疾病。

一个有趣的激光实验，初步证实了人体经络系统的存在。光本身就是电磁波，应该像无线电波那样，能够沿着电阻小的经络系统传播。有人用激光照射人手上的“合谷”穴位时，在同一条，“手阳明大肠经络”系统上的“曲池”穴位，测量到了“电信号”，而在不同的“手太阴肺经络”系统上的“尺泽”穴位，却测不到电信号。尽管曲池和尺泽穴位同分布在手臂上，结果却截然不同。这说明激光信号的确沿着电阻较小的同一条经络系统在体内传导，而不能传导到不同经络系统的穴位上。经络系统确实在人体内存在，这已经为国内外许多医疗部门的实验和病人的经历所证实。

我国自1978年开始用激光光针穴位麻醉进行手术。先后应用于甲状腺、胃、产科、口腔等手术。国外对针灸也颇感兴趣。70年代以来，西德、前苏联、美国、奥地利、匈亚利等国都开展了对激光针灸的研究，甚至掀起了激光针灸热。如奥地利首都维也纳，成立了针灸研究所，每年有1万～1.5万名患者接受针灸治疗，其中光针疗占30%。前苏联用激光对膝部、肩部、踝部、腕部以及手脚等处有风湿症状的关节进行照射，同时结合激光对一些穴位针灸，也取得良好的效果。激光照射时，肌肉中的小血管，周围关节和皮肤之间的渗血过程得到加强，起到畅通气血的功效，使关节处组织更快获得营养，有利于恢复关节的功能。美国用光针治疗脑或肾髓神经受损，也取得一定的疗效。

激光针灸的奥秘尚有待于人们进一步去探索，把古老的中医针灸理论与现代科学研究结合起来，激光有着许多独特的优点，光针一定会比银针产生更多的生物物理效应，显示更多奇特的疗效。

癌细胞的克星

人们谈起癌症，常常很恐惧。全世界每年有许多人死于癌症，人类目前还不能完全征服它。

现已查明，90%以上的癌症是环境引起的，在我们生活的环境里，存在着上千种能致癌的化学物质。为什么化学物质能导致癌症的发病呢?1983年，西德拉狄克提出一种化学物质致癌的新学说。

大家知道，自然界之中所以种豆得豆、种瓜得瓜，主要是生物细胞核内的脱氧核糖核酸(简称DNA)在起作用。DNA是一种遗传物质，在DNA里面，都以“密码”形式蕴藏有遗传的各种特性信息。拉狄克认为，在DNA中同样存在着致癌的“密码”，即存在着正常细胞转变为癌细胞的可能。当致癌的化学物质与DNA结合时，打破了结合在DNA致癌密码外面的蛋白质保护层，这样致癌密码就出来闯祸了，使正常细胞转变为癌细胞，最终表现为癌症。

除了探明癌变的真正起因外，如何及时发现它，及早对付它是目前战胜癌症的主要手段。近年来，激光在诊断和治疗方面，已经取得了很大进展。目前，我国以及美国、日本、澳大利亚等国都在积极研究癌症的激光疗法。美国需要接受激光疗法的患者，估计有40万人。

利用激光激发物质(包括癌细胞)发光的原理，可以诊断癌症。前面已经谈到，物质都是由原子和分子组成。当受到光的照射时，原子或分子吸收了光的能量，使电子跃迁到较高的轨道上去。电子自发地跳回到低轨道时，就伴随着发射特征光谱。

利用激光激发光谱的方法来诊断癌细胞，主要有两种方法。一种是将血卟啉衍生物注射到癌症患者的体内。血卟啉是从牛血中提炼出来的，将它注入体内后，它会向各组织扩散直到被体内正常细胞清除;但是在肿瘤部位，它停留的时间比在正常细胞内长得多;再用激光照射，癌组织会发出红色的荧光，从而显示出癌变的部位和大小，即使早期癌变也能及时发现。另一种方法是用激光直接照射可能癌变的部位，癌细胞能发射出独特的光谱，从而诊断癌细胞的存在。用氩离子激光激发胃癌组织，可以观察到癌细胞的荧光;用氮分子激光照射肿瘤病变区，可以观察到正常细胞所没有的，与癌细胞生长过程有关的红光6300埃和6900埃光谱，根据这种光谱就可判断肿瘤是否恶性。上海市口腔医学研究所用这个方法，对近百例口腔科肿瘤患者，进行临床诊断，准确率达89%。对11例皮肤肿瘤患者进行检测，有10例与肿瘤组织切片检查的结果相符合。激光已经成为检查癌细胞的有力武器。

激光要真正成为癌细胞的“克星”，首先要能发现它，随后就要杀死它。

激光治癌有两种途径。一种是直接对癌肿块施行光刀手术，将癌组织切除。但是，激光束在切割时难免也要把健康部位切掉。另一种更为巧妙的方法是“间接杀伤”。血卟啉衍射物在光的作用下发生化学反应，产生氧原子。氧原子比空气中的氧分子(由两个氧原子组成)活泼得多，具有很大的活性，能够杀死癌细胞。利用这个效应，可以将血卟啉注射入癌变部位，然后用激光照射，产生的氧原子就会杀伤癌细胞，使肿瘤坏死，结痂脱落，这种疗法叫作“激光放射疗法”。

美国自1976年开始，已有1500个癌症患者接受激光疗法。事实证明，激光疗法对皮肤癌、气管癌、肺癌、食道癌、膀胱癌、脑及眼部肿瘤等均有疗效，治愈率在70%以上。日本也用此法诊治各种癌症，甚至对晚期患者，也有较好的治疗效果。