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浅谈神秘之光——激光

2019-01-17 09:45来源:人民日报

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  作为20世纪人类重大发明之一,激光已经融入经济社会的方方面面。2018年诺贝尔物理学奖颁给了在激光物理领域做出突破贡献的3位科学家,突显激光的重要作用。

  从字面解释,激光是指通过受激辐射对光进行放大。当一束光经过一个物体时,在某种特殊条件下能够发生受激辐射,辐射出来的光和入射光一模一样。这个过程就好像是通过一个光的克隆机,把入射光放大了。由于其独一无二的光学特性,激光又被称为“最亮的光”“最准的尺”以及“最快的刀”。激光还有极好的方向性,比如,地球距离月球约38万千米,若使用激光照射,在月球表面形成的光斑不到2000米;而相同情况下,其他光源产生的光斑早已覆盖整个月球。

  自1960年第一台激光器发明以来,经过不断发展,激光已广泛应用于光纤通信、美容、打印、眼科手术、武器和测距等领域。2018年诺贝尔物理学奖得主之一阿什金,于上世纪80年代发明了光镊技术,利用聚焦的激光,像镊子一样把微小物体夹起来进行移动。如今,光镊已成为许多物理学家、化学家和生物学家必不可少的工具,帮助他们精确地操作原子、分子、细菌、病毒和细胞等,为研究微观现象开启了一扇大门。

  根据工作方式,激光可分为连续激光和脉冲激光。脉冲激光在时间上表现为一个接着一个的光脉冲,其峰值功率会远远大于连续激光。形象地说,连续激光好比10米深的平静水面,而脉冲激光就像1米深的水面上形成了一个足有1000米高的波浪。激光脉冲的宽度,可以短于1皮秒(1皮秒等于万亿分之一秒),甚至到飞秒(1飞秒等于千万亿分之一秒)量级。将能量集中在这么短的时间内,其峰值功率之高可想而知。

  2018年另外两位诺贝尔物理学奖得主穆鲁和斯特里克兰,于1985年发明了啁啾脉冲放大技术,得到了峰值功率极高的超短脉冲。这种峰值功率很高的超短激光能够精确地在不同材料上实现切割和钻孔,已广泛用于激光视力矫正手术以及精密加工,如手机的显示屏和内部精小部件。而在研究物质内部动态过程时,利用飞秒量级的激光脉冲可以对原子和分子进行拍照,让科学家们洞察微观世界的秘密。

  此外,借助啁啾脉冲放大技术,不少国家正在建设超强激光装置。中国在该领域具有非常扎实的基础,近年来不断取得突破性成果。利用这种强激光装置,能够在实验室里制造极端物理条件,有望揭示新的物理规律。

  毫无疑问,丰富多样的激光技术为我们提供了认识世界和改变世界的强大工具。相信在科学家们的共同努力下,更加神奇的激光技术将会不断涌现。(作者为中国科学院物理研究所研究员)

[责编:赵清建]

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