探秘反激光器應用：反激光器≠反激光武器

OFweek激光網訊：世界上第一個反激光器面世於2011年，這是一個能夠吸收激光入射光束的99．4％的設備，由A?道格拉斯?斯通（Douglas Stone）牽頭的美國耶魯大學研究團隊研製。那麼，這到底是個什麼東西呢？它與激光有著怎樣的關係？它的誕生又將給人類帶來哪些福祉呢？它可以抵禦激光武器嗎？這裡我們一起來探索反激光器的秘密世界。

激光

說到反激光器，大家可能首先想到的是激光，因為激光對於我們來說實在是再熟悉不過了。激光亮度為太陽光的100億倍，是20世紀以來，繼原子能、計算機、半導體之後，人類的又一重大發明，被稱為「最快的刀」、「最準的尺」、「最亮的光」和「奇異的激光」。它的用途非常廣泛，可以說已經深入我們生活的方方面面：激光治療、激光打標、激光打孔、激光熱處理、激光快速成型、激光塗敷、激光成像等技術，已經在各行各業以及人們的日常生活中得到廣泛應用。其中，我們最熟悉的估計就是激光美容了吧，另外激光在軍事方面也有重要的應用，它可以製作各種各樣的激光武器，而且殺傷力很大。

激光的原理早在 1916 年就被著名美國物理學家愛因斯坦發現，但直到1960 年激光器才被首次成功製造。激光器一經問世，就獲得了異乎尋常的發展。我們先來了解一下激光器的工作原理：

激光工作物質位於諧振腔內，當工作物質的某對能級之間發生粒子數反轉分布時，頻率處在這對能級自發輻射譜線寬度內的微弱光信號，將獲得增益而擴大；由於諧振腔內存在各種損耗，光信號在其中傳輸時又會不斷衰減。能否產生振蕩，取決於增益與損耗的大小。光學諧振腔要獲得光自激振蕩，須令光在腔內來回一次所獲增益，至少可補償傳播中的損耗。傳統激光器一般是使用半導體物質等「增益介質」（如砷化鎵）產生聚焦光束，這是一種相干光束。所謂相關光束就是振動方向相同、振動頻率相同、相位相同或相位差保持恆定的兩束光線，這樣的兩束光在相遇區域內就會產生干涉現象。

反激光器工作原理

與激光器正好相反，反激光器是能夠吸收特定頻率的光束而不是釋放光束的一種設備。進入反激光器的入射光束能夠相互干涉，最後會相互抵消。在這個過程中，光能夠轉化成熱能釋放出來。而且這個過程一般需要損耗介質的參與，比如硅就可以做這種損耗介質。反激光器的損耗介質與激光器的增益介質是相對而言的。

「反激光器」這一概念是由耶魯大學理論家A?道格拉斯?斯通提出的。斯通是在向一位訪問學者介紹激光背後複雜的物理原理時提出這一概念的，他還建議同事幫他想想激光反向作用原理，以便更清楚地了解傳統激光器的工作原理。同時，他也開始思考能否研製一個與激光器工作原理相反的設備。

在2010年7月26日的《物理評論快報》上，斯通和他的研究團隊發表了一份關於反激光器的理論研究成果。研究表明，特定頻率激光光束進入含有矽片這種「損耗介質」容器內後，矽片能夠將光束完美捕獲，被捕獲的光束會在容器內無規律來回運動，直到它們被完全吸收並轉化為熱能。這證明了反激光器可以利用最常見的半導體材料硅作為「損耗介質」來捕獲激光光束。

2011年2月，斯通和他的研究團隊在美國《科學》雜誌上發表文章，聲稱已經研製出了世界上第一個反激光器，他們將其稱為「相干完美吸光器」（CPA），目前這個設備能夠吸收激光入射光束的99．4％。

理論上講，反激光器能夠吸收99．999％的入射光束。但由於實驗條件限制，現在只能吸收99．4％的入射光束。「我們研製的這種設備只是一種概念驗證」，斯通說，「但我相信，隨著更多更高級反激光器的問世，我們會逐漸突破這種理論上的限制。」 同樣，這個團隊研製的反激光器寬度是1厘米，但斯通說，計算機已經模擬出了製作6微米寬（大約是人的頭髮平均寬度的二十分之一）反激光器的方法。

目前，世界各國都在致力於反激光器的研究，如義大利米蘭理工大學的斯特凡諾?隆基的《物理評論A》上，曾介紹了將激光器和反激光器融合在同一個設備中的方法。

反激光器的應用

雖然反激光器能夠很好的吸收光束，但是它只能吸收特定波長的光，所以它並不適用於太陽能板，因為太陽能板要吸收不同波長的光。但斯通相信，未來某天反激光器能夠被用做光學開關、探測器以及下一代計算機――光學計算機的其它配件上，這種計算機除了用電驅動外，還需要用光碟機動。同時，反激光器能在放射學領域大顯身手。斯通介紹，反激光器可以用於捕捉人體不透明組織中一小部分區域釋放的電磁射線，用於醫學透視成像和疾病治療。另外，還可以通過光纖線來進行傳真。

事實上，反激光器並不能抵禦激光武器的進攻，因為反激光器吸收相干光束後會將其轉化成熱能，而且這個熱量是非常大的。在戰場上，由此產生的巨大熱能同樣能將人燒傷甚至燒死。

「人員阻止和刺激響應」激光步槍，這種槍可以用激光阻止敵人進攻，但不致命。

有人可能會想，激光武器在軍事上發揮了那麼大的作用。那我們能否利用反激光器來抵禦激光武器的進攻呢？答案是不能。我們在前面講到了，反激光器吸收相干光束後會將其轉化成熱能，而且這個熱量是非常大的。如果戰場上用反激光器作為激光武器的防禦工具，雖然可以避免受到激光武器的直接攻擊，但是由此產生的巨大熱能同樣能將人燒傷甚至燒死。

發明它的物理學家稱，它可用於製造感光開關和光學計算機

最新一期美國《科學》雜誌18日出版，介紹反激光器可以用於製造感光開關和光學計算機，應用於放射學領域。

《科學》雜誌首次揭開反激光器的神秘面紗，但它的原理去年夏天得以公開。耶魯大學物理學家道格拉斯?斯通領導的研究團隊去年夏天發表報告說，反激光器吸收激光光束，釋放熱能。

傳統激光器利用半導體物質等「增益介質」產生聚焦光束；反激光器則利用硅作為「損耗介質」，捕獲激光光束。

進入反激光器的光束彼此干涉，相互抵消，「吸收」成為熱量。

反激光器≠反激光武器，不可用於防禦激光槍

斯通領導的團隊利用一塊硅薄片製成首台反激光器「相干完美吸光器」。

這塊大約1厘米寬的矽片充當「損耗介質」。實驗中，研究人員讓兩束具有特定頻率的激光光束射向反激光器。兩條光束在反激光器中「不停地來回震蕩」，最終相互抵消，轉化為熱量。

理論上，反激光器可以吸收99．999％的入射光束。不過，由於實驗限制，「相干完美吸光器」的「吸光率」為99．4％。

正因為它吸收光束，反激光器不可用作高功率激光武器的「防禦工具」。

「這是一種用於吸收激光光束的儀器，」斯通說，「有人拿激光槍射殺你時（拿反激光器保護自己），你照樣會被殺死。」

光學和醫學領域用途廣泛

反激光器用途十分廣泛。

斯通說，反激光器將用於製造光學計算機。光學計算機用光，而不是用電處理信息，處理數據的能力比電子計算機大1000多倍。

另外，反激光器可用於製造感光開關。

反激光器能在放射學領域顯身手。斯通介紹，反激光器可以用於捕捉人體不透明組織中一小部分區域釋放的電磁射線，用於醫學透視成像和疾病治療。

反激光器本身還有很多地方有待完善。它的許多用途可能還沒有被發掘出來，而且現有很多用途還處於試驗階段。但是，我們相信，反激光器的前景是美好的，它會給人們帶來更多的福祉，讓我們拭目以待吧！（整理報道）