追寻物理本质：照耀未来的激光之谜

照耀未来的激光

揭秘激光之谜

激光自诞生以来，就在许多领域大显身手：它能使不再年轻的面容重新焕发青春，让几个世纪以前的艺术品褪去陈旧的外貌而重放光彩，这就是激光，一种直接从微观粒子中汲取能量的集聚物。

激光装置设备

激光并非只是科幻影片中最有用的射线，早在1917年，爱因斯坦最先提出这样一种假设：光的发射与吸收可经由受激吸收、受激辐射与自发辐射3种基本过程。20世纪50年代，科学家找到将它用在器件上的方法。爱因斯坦在1917年就提出了受激辐射理论，但只是到了1958年，当美国物理学家阿瑟·肖洛和查理·汤斯申请第一台激光装置的专利时才算真正诞生。两年后，物理学家西奥多·梅曼在红宝石结晶体中观察到第一条激光束，同一时期，伊朗裔美国物理学家阿里·亚尔万制造了第一台氦──氖激光装置。从那时起，激光开始应用于不同的领域：从制造奇特的宝石项链到不伤害肌体的外科的手术，从难于操作的工业焊接到迪斯科舞厅的灯光布置。几十年后的今天，激光已经成为一种不可替代的工具。从商品上的条形码到尖端的外科手术，从激光打印机到激光雷达，激光显然已经成为照耀现代科技的一道光芒。

激光是一种特殊的光，它能把巨大的能量投向一个很小的范围，这束光可能强到足以汽化很硬或很耐热的材料。这都是电子的功绩，它作为对能量“饱餐一顿”之后，被迫整齐划一地、及时地复原成光子。激光是强烈的单色光，只有一种颜色，不同于太阳光和灯光，后两种光是由各种类型的能量组成，具有各种颜色，而激光红宝石的电子得到的是红激光束，而绿或蓝激光束的获得是激发氩或氪的气体“云”。这样人们就可以根据不同颜色即不同能量，正确地应用激光。

激光的新用途有很多，激光可以品酒，过去酒的味道好坏一般都是由老资格的品酒师亲口评定。这种评酒方式既费时，鉴定的标准又不一定公正、客观。美国物理学家培亚特发明了一种“品”酒的激光装置，它不但能品尝出酒的味道，而且还能测出酒的酿造时间。培亚特是通过测量酒中离子的大小和数量而得出结论的，他用投射激光束穿透盛酒的试管，酒中离子散射的强弱和方向便在图像上显示出来。由于各种酒各有不同的漂浮离子，因而图像上构成独特的曲线。含有大离子的酒散射出大量的光并呈现出升降急剧的曲线，这种酒的味道是低劣的。好味道的酒显示出的曲线是平滑的，即酒中所含离子的大小是均匀的，因而酒味亦特别醇。激光还能戒烟，国外医学家利用激光，对吸烟者进行耳穴照射，就能够永久性地戒掉他们中的大多数人的烟瘾。这种激光戒烟术，依据的是我国传统的针刺疗法理论，现已获得80%的成功率，新加坡的两位医学家花了8个月的时间完成了这一试验。吸烟给人带来一种十分强烈的刺激，产生自身宿氨酸肽，也就是自身的吗啡激素。一旦停止吸烟后，吗啡激素含量指数降得太低，人往往就会烦躁不安、神经紧张，甚至产生恐慌。激光戒烟就是通过控制人体内吗啡激素的含量，使人们在戒烟时神经放松，而不至于情绪太坏。激光的疗法会改变吸烟者对吸烟的味觉，增多唾液和调节自身吗啡激素。经过二三次的治疗，接受治疗的吸烟者有的对香烟的味道很反感，有的开始感到香烟中难忍的苦味，有些人一点也不肯品尝香烟。激光戒烟不仅没有痛觉，而且没有任何感觉，既安全，又迅速。

激光实验(www.xing528.com)

激光能够缝衣，英国科学家最近利用激光代替针线，成功地“缝制”了一件衬衫，这项创举对传统服装业提出了新的挑战。科学家首先将一层能够吸收红外线的液体涂在衬衫要“缝合”的部位，然后将边沿叠在一起，使液体夹在两层要“缝合”的衣料之间；再利用低能量红外线激光照射这个重叠部分，将这种化学流体加温使衣料轻微融化，从而焊接要“缝合”的部分。利用这种技术“缝”出来的各类衣物十分结实、耐用，而且适用于羊毛衣、透气衣及目前流行的弹性衣料。在“缝合”防水衣物时，这种技术尤其派得上用场，因为现在缝制这种衣物，必须对接口进行防水加工，但用激光“缝合”，完工后接口已经变得滴水不漏。

沙藏、灰藏、窖藏……很久以前人们就开始研究应用食物的保鲜储藏方法。直到今天，化学熏蒸法、冷藏法、生物杀菌法乃至高压放电气体保鲜法等应运而生，但始终没有哪个“法”能比得上激光辐射保鲜储藏法。激光辐射保鲜储藏技术，也就是以高能射线与物质作用产生物理效应和生物效应的理论和技术为基础，使用γ射线、X射线和电子射线对食品进行照射，从而达到杀虫、灭菌、提高食品卫生质量、保持或改善食品的营养品质和原有风味，以及延长食品储藏期和销售期的目的。例如粮食，全球收获的粮食由于受害虫、微生物危害，每年损失20%左右，我国近年来的损失率约18%。尽管已经广泛地应用了化学熏蒸技术，但这些化学农药始终无法彻底地杀死存在粮食表面或内部的各种病虫细菌。唯有使用射线辐射，才可望把它们灭绝而避免损失。

激光技术

水果保鲜更是难上加难，水果之所以采摘后会很快腐烂，是由于果实所携带的细菌、霉菌、寄生昆虫作祟，而对付它们的最好办法是辐射。这也就是在美国本土自然储藏的商品期只有3～6天的草莓，如今竟能新新鲜鲜漫游全世界的奥秘了。辐射，还能抑制根茎类作物的成熟发芽，这就使得那些须长期保存待来年作种子的薯类、洋葱等，久藏而不坏。连那些带皮食用的娇嫩的浆果都可以借助辐射的神力而鲜藏，更不用说那些水产品、禽畜肉类、蔬菜、干杂山货等了。辐射技术保鲜几乎囊括了人类的全部食品。如今它的应用甚至扩展到了化工材料的辐射加工、商品的无损消毒、养护。其独到的效果和优良的性能，无不令人叫绝。当然人类最关心的首要问题还是：使用经辐射过的食品安全吗？40多年的研究结果是令人皆大欢喜的：一切食品在辐照强度数量级103～105拉的范围内进行辐射，人类使用的安全性是不容置疑的。激光辐射鲜藏技术以它无可比拟的优越性得到了人类的青睐，如今，连许多发展中国家也都以空前的热情来研究、推广应用这一技术。

激光已成为当今的关键技术，为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。在未来的岁月中，激光会带给我们更多的奇迹。

激光的颜色

激光的颜色取决于激光的波长，而波长取决于发出激光的活性物质，即被刺激后能产生激光的那种材料。刺激红宝石就能产生深玫瑰色的激光束，它应用于医学领域，比如用于皮肤病的治疗和外科手术。公认最贵重的气体之一的氩气能够产生蓝绿色的激光束，它有诸多用途，如激光印刷术，在显微眼科手术中也是不可缺少的。半导体产生的激光能发出红外光，因此我们的眼睛看不见，但它的能量恰好能“解读”激光唱片，并能用于光纤通信。