科普：激光技術詳解及應用分析

說到激光，人們對於它並不陌生，激光在生活中的應用應該已經聽說過很多種，比如說近視的激光矯正、激光美容等等。除了在醫療上的應用外，激光還應用於工業、科研、信息和軍事等領域。想更詳細地了解激光在環境探測和國防中的應用，就讓西安理工大學激光雷達大氣遙感研究中心華燈鑫博士來告訴你。

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什麼是激光

激光是利用光能、熱能、電能、化學能或核能等外部能量來激勵物質，使其發生受激輻射而產生的一種特殊的光。激光是光的受激輻射。

與普通光源相比激光的特點顯而易見，方向性好（發散角小），探照燈照射到月球，看似平行的探照燈1公里時光斑直徑10米，激光照射月球，光斑直徑約等於2公里。亮度極高，單色性好（顏色純）、相干性好、光速傳播（3×108m/s）等都是激光的特點。

大自然中有關光的現象無處不在，人們對於光的認識經歷了複雜的演變過程，時至今日，尚未結束。特別是激光的出現改變了人們對光的認知。1960年，美國物理學家梅曼研製出第一台紅寶石激光器，給光學帶來一次革命，大大推動了光學以及相關科學的發展。

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激光技術的發展

光作為現代信息傳輸的載體，其在近代科學領域發揮了很大的作用。諾貝爾物理獎也肯定光學的近代發展。從1997年激光冷卻、2000年半導體激光器、2005年量子光學精密測量技術、到2009年光纖通信CCD。激光技術進步帶來的巨大社會變革，得到社會和人們的公認。

2009年，華裔專家高錕獲得諾貝爾物理獎，其從1957年開始從事光導纖維在通信領域應用的研究，1966年發表了一篇題為《光頻率介質纖維表面波導》的論文，開創性地提出光導纖維在通信上應用的基本原理。1981年第一個光纖系統面世。此後，利用石英玻璃製成的光纖應用越來越廣泛，全世界掀起了一場光纖通信的革命。從此，比人的頭髮還要細的光纖取代了體積龐大的千百萬條銅線，成為傳送容量巨大的信息傳輸管道，徹底改變了人類的通信模式。光纖作為光的載體及感測器件，其技術的發展及其應用，都依賴於激光技術的進步。隨著光學的發展，特別是激光及光電子技術的進步，人們對光的認識和應用也更深入，光學已經深入到醫學、地質、航天、軍事、娛樂等各個社會領域。

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激光跟光纖是一對孿生兄弟

激光的峰值功率很大，可以達到幾十萬兆瓦，由於它大的能量可以作為激光切割，激光醫療、激光武器。此外，激光的應用還有激光測距、激光陀螺、激光加工。激光醫學，最簡單的應用是補牙，磨牙時的聲音，每個患者都不願聽，但如果用激光來補牙，可以用激光將表面牙垢，蟲牙部分切割掉，沒有聲音。激光加工，要在頭髮絲粗的零件上做一個齒輪，頭髮絲只有50微米，要在這個上面做一個扁平齒輪，一般的機械手段是達不到的，只能用激光。

光纖加激光改變了人們的生活，每家互聯網的接入都是由光纖傳輸的，所以現在可以和世界各個地方聯繫。光纖作為光的載體，它的應用發展都要依賴於激光，光纖里藏的不是電流，是光，這個光就是激光。現在的光纖通信、光纖傳輸比以前的電磁波通信要快得多，因為光的傳播速度快，每秒30萬公里的速度在傳輸。舉個簡單的例子，上世紀90年代初，從國外打電話回來，話筒中能聽到自己的迴音，但現在只要手機在手，打到世界各個角落都很清晰。

光纖感測技術可以對樓宇、橋樑等大型建築的形變，以及大型變電站溫度的變化進行實時精密檢測。怎麼用光纖測大型建築物有沒有發生形變呢？在建設過程中，將光纖埋入混凝土中，通路相當於血管，通過光纖把激光打進去，通過一定的感測技術，就知道哪個地方有微量的形變，可以馬上檢測出來。國外的摩天大樓，樓的基底都埋有光纖感測器，將光纖直接澆築到水泥柱里，可以實時監測水泥柱的形變。這就是激光加光纖的應用。

此外，利用多股光纖製作而成的光纜已經鋪遍全球，成為互聯網、全球通信網路的基石；光纖在醫學上也獲得了廣泛的應用，諸如胃鏡等內窺鏡可以讓醫生看見患者體內的情況；光纖感測技術與系統還在工業上獲得大量應用，在各類生產製造和機械加工等方面大顯身手。

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激光在航空航天上的應用

空航天發展上，激光的用武之地不容小覷。在探月工程中，嫦娥奔月要先得到月球的三維地圖，這個時候就用到了激光，用激光進行測距，得到一張精度很高的月球地貌圖，為下一步奔月作了貢獻。玉兔要在月球著陸，在月球表面著陸的平台上有一個激光測量著陸器和月球表面的距離，從而平穩降落。

隨著信息的高速發展，很多都需要藉助網路。去年我國發射的「墨子號」衛星，這是中國第一顆，也是世界第一顆上天的量子衛星。有人肯定會問，量子跟激光又有什麼關係呢？「量子通信指利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通訊方式，具有高效率和絕對安全等特點。但是一切量子通信網路中都必須採用激光技術」，華燈鑫博士說。量子是能表現出某種物質或物理量特性的最小單元，「光的量子」（光子）是一定頻率的光的基本能量單位。經典通信較光量子通信相比，其安全性和高效性都無法與之相提並論。安全性-量子通信絕不會「泄密」，其一體現在量子加密的密鑰是隨機的，即使被竊取者截獲，也無法得到正確的密鑰，因此無法破解信息；其二，分別在通信雙方手中具有糾纏態的2個粒子，其中一個粒子的量子態發生變化，另外一方的量子態就會隨之立刻變化，並且根據量子理論，宏觀的任何觀察和干擾，都會立刻改變數子態，引起其坍塌，因此竊取者由於干擾而得到的信息已經破壞，並非原有信息。因此，量子通信可以實現絕對保密通信。

（來源：三秦都市報）

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