第三章第四节激光的巨大应用
第一束人造激光
1960年7月，西奥多·梅曼在加利福尼亚的休斯空军试验室第一次制得了人造激光。这束仅
持续了3亿分之一秒的红色激光标志着人类文明史上一个新时刻的来临。梅曼的激光器使用
的激活媒质是一个 4厘米长的圆柱形红宝石棒。在红宝石棒上缠有闪光玻璃管以便让晶体受
光线照耀。这种红宝石的主要成分是混有铬离子的氧化铝。当铬离子被强烈的普通光激发时
，就产生了离子数反转。这样在谐振腔的作用下就获得了第一束人造激光。
制造激光器的材料
激光器的发现过程并不是一帆风顺的。虽然汤斯和费罗早在1957年就提出了激光器的基
本理论，但是在实际建造中还有许多困难，对激光的性质和作用都还没有清楚的认识。在梅
曼开始建造他的红宝石激光器之前，有人断言红宝石绝不是制造激光的好材料，而费罗也支
持这种观点。这使得很多人中止了用红宝石来制造激光的尝试，但梅曼却怀疑这个说法。
为此，他花了一年的时间专门测量和研究红宝石的性质，终于发现上述论断所依据的基础是
错误的，而红宝石确是制造激光器的好材料。从此他着手建造世界上第一台激光器。他的准
备工作十分详细完备，在第一次试验时，当按钮按下时，第一束人造激光就产生了。在梅
曼成功之后不久，氦氖激光器也试验成功。这一系列的成功使实力雄厚的贝尔实验室也投入
到激光器的研究之中，而其资金和人力资源又迅速推动着研究工作的进展。
自从1960年以来，激光家族有着迅猛的增长。现在有各种不同形状、不同大小的各种各样
的激光器，可以产生出不同功率、不同波长的激光。这些激光的范围包含从红外到紫外以至
X射线的所有区域。
激光器的分类
可以有两种方法对激光器进行分类。
一种是从激活媒质的物质状态面分类。这样可分为气体、液体、固体和半导体激光器。各类
激光器各有特色。气体激光器的单色性强，如氦—氖激光器的单色性比普通光源要高 1亿倍
，而且气体激光器工作物质种类繁多，因此可产生许多不同频率的激光。但是，由于气体密
度低，激光输出功率相应较小。固体激光器则正好相反，能量高，输出功率大，但工作物质
种类较少，而且单色性差。液体激光器的最大特点是激光的波长可以在一定范围内连续变换
，这种激光器特别适合于对激光波长有着严格要求的场合。半导体激光器的特点则是体积小
，重量轻，结构简单，但输出的功率较小，单色性也较差。
另一种分类方式是按激活媒质的粒子结构来分类，可以分为原子、离子、分子和自由电子激
光器。氦—氖激光器产生的激光是由氖原子发射的，红宝石激光器产生的激光则是由铬离子
发射的。另外还有二氧化碳分子激光器，它的频率可以连续变化，而且可以覆盖很宽的频率
范围。
激光的广泛应用
激光刚刚诞生不久就被人们称为“解决问题的工具”。科学家们一开始就意识到激光这
种奇特的东西，将会像电力一样注定要成为这个时代最重要的技术因素。迄今为止，仅仅二
十多年的初步应用，激光已经对我们的生活方式产生了重大影响。
激光广泛应用的基础在于它的特性。激光单色性好，又可在一个狭小的方向内有集中的
高能量，因此利用聚焦后的激光束可以对各种材料进行打孔。这是令人惊奇的。从红宝石激
光器中输出脉冲的总能量煮不熟一个鸡蛋，但却能在 3毫米的钢板上钻出一个孔。为什么激
光这么神奇呢？关键不是光的能量，而在于其功率。激光的功率是很高的，这也是它多方面
被应用的基础。
激光在电子工业中也得到广泛应用。激光被用来进行微型仪器的精密加工，可以对脆弱易碎
的半导体材料进行精细的划片，也可以用来调整微型电阻的阻值。随着激光器性能的改善和
新型激光器的出现，激光在超大规模集成电路方面的应用已经成为无法取代的关键性技艺，
为超大规模集成电路的发展展现出令人鼓舞的前景。
激光大显身手的另一领域是医学。在外科手术中它不仅可以作为激光刀使用，而且在眼
科、牙科、皮肤科与整容各方面都有独到的应用。激光刀的妙处在于它切割的同时也进行了
灼烧，这恰好封闭血管防止其出血，也减少了感染的危险。用激光对牙齿进行无痛钻孔和去
牙蛀，使人们对以前望而生畏的牙科手术大感轻松。相比以前的机械打孔，激光钻孔不仅不
会产生大量的摩擦热，而且其所蒸发掉的只是被腐蚀处的黑色牙区，不会对健康的牙组织产
生影响，从而疼痛感会大大减轻。激光在眼科上的应用是最令人叹为观止的。激光可以焊接
脱开的视网膜，封闭破漏的血管，彻底摧毁漂浮在眼中冻胶状液体中的微小的沙粒(使其气
化)。激光手术的优点是不需要切开眼睛就能完成手术，而且手术的疼痛感大为缓和。
对于目前的不治之症——癌症，激光也提供了有效的武器。一方面，激光可以用作激光
刀来切除肿瘤；另一方面，在癌症的早期诊断方面也卓有成效。癌症的早期诊断对于其治疗
有着决定性意义。借助于激光能准确地确定肿瘤细胞和正常细胞，同时也提供了一个新的治
疗途径。借助于一些特殊的化学物质，采用激光化疗法，能使这些特殊物质在激光作用下杀
死肿瘤细胞，从而达到治疗癌症的目的。
通讯设施是人类社会生活，尤其是现代社会生活必不可少的。激光的发明使通讯进入一
个新天地。原来的电磁通讯技术容量小，保密性差，越来越不能满足社会发展的要求。电话
之父贝尔早在1880年就有过光电话的设想，但由于普通光受云、雨、雾所阻碍，实验失败了
。激光发明后，结合另一发明光导纤维，光通讯重获新生并得到迅速应用。
激光通讯与无线电通讯相比，激光通讯保密性好，在军事通讯中应用十分广泛。另外，
在空间通讯领域，选取不被大气吸收的波长的激光可以克服无线电通讯的一些局限。可是由
于激光光束在大气层里传播时会受到大气中微粒的吸收或散射，从而使激光通讯的距离受到
限制。这使得目前的激光通讯只能作为无线电通讯的一个有效补充，但还不能够取而代之。
用激光作为“死光”武器，不能像在激光加工中那样借助于透镜聚焦，而必须大大提高
激光器的输出功率。目前的激光武器有两种，一种是战术武器，也就是像常规武器那样直接
杀伤敌方人员、击毁坦克、飞机等。这种武器的主要代表有激光枪和激光炮，它们能够发出
很强的激光束来打击敌人。另一种是战略武器，用于对付敌方的远程导弹、军事卫星等空间
武器。研究战略武器的关键是制造大功率高能量的激光器，其能量和功率足以摧毁导弹和卫
星。
此外，还有精确的激光制导导弹，以及模拟战场上使用的激光武器技术运用。激光技术是高
科技的产物，其产生又推动了科学研究的深入发展，并开拓出许多新的学科领域，如非线性
光学、激光光谱学、激光化学、激光生物学等。
现在，激光技术已经融入我们的日常生活之中。在未来的岁月中，激光会带给我们更多的奇
迹。