科學解讀激光擊破氣球中的光學奧秘！
（解讀文章作者：李焱北京大學物理學院教授，中國光學學會常務副秘書長，科普中國微平台原創首發）
8月7日播出的節目實驗激光擊破氣球，實驗問題是紅色染料、煙霧和火焰哪種東西不能阻隔激光。嘉賓喻恩泰率領的加油隊選擇了紅色染料，白凱南帶領的未來隊認為是火焰～主持人小撒表示你們長得帥，說什麼都對，當然科學是需要驗證的，最終實驗員在場上測試的結果表明火焰不能阻隔激光。
令我們好奇心大開的是，為什麼激光具有如此巨大的殺傷力？為什麼不同材料對激光的減弱程度又有很大差別？激光會對孩子的眼睛有危害嗎？讓我們跟著光學專家李焱教授一起走進神秘的激光世界。
為什麼光穿過材料後強度會衰減？
一束強光穿過玻璃等透明材料，光強變化很小，足夠強的光就能讓氣球很快升溫從而擊破它，就像主持人撒貝南用激光筆演示的那樣。
為什麼綠色激光穿過紅色染料和煙霧後不能擊破氣球了呢？這是因為光強被大大減弱了。實際上，一束入射光穿過材料後其透射光的強度與材料有非常大的關係，見下圖。
入射光到達材料後一部分光被反射導致光強衰減，進入材料的光又被吸收和散射，光強進一步減弱，整體減弱程度與材料的組成和結構有關。由於存在反射、散射和吸收等過程，透射光會比入射光弱，不同的材料衰減的程度可能差別巨大。比如，透明玻璃和火焰衰減很小，透射光可以擊破氣球；而紅色染料對綠光的吸收很強，煙霧的散射很強，均導致透射光較弱，不足以擊破氣球。實驗中用來改變激光方向的反射鏡幾乎能把入射光全部反射。
為什麼選擇激光做實驗？
激光是通過受激輻射光放大產生的相干光，光子步調整齊，行動一致，目標明確，威力巨大，具有亮度高和方向性好等特點。普通光源中的光子是非相干的，如同散兵游勇，戰鬥力較差。傳播較長距離後，普通光源發散厲害，光強變得很弱。而激光本身強度高，發散又很小，長距離傳播還能保持很強，參見下圖。
激光光強高，方向性好，照射到氣球上的強度就比普通光源高得多。因此，選擇激光來做這個實驗，就容易得多。
值得注意的是，在特彆強的激光照射下，原本透明的玻璃等材料也會由於非線性吸收過程吸收激光能量而導致損傷，這也是強激光加工透明材料的機理。
激光擊中目標是秒秒鐘的事
激光是二十世紀與原子能、半導體和計算機齊名的重大發明，經常被稱為「最亮的光」、「最準的尺」、「最快的刀」等，很容易讓人聯想到殺傷力巨大的激光武器。這次實驗中，一提到強激光，嘉賓就露出害怕的神情，甚至躲到桌邊觀看，對激光的恐懼情有可原。
實際上，用高功率激光器製成的戰術激光武器，可使人眼致盲，使光電探測器失效。利用高能激光束製成的戰略激光武器，可瞬間摧毀飛機、導彈、衛星等軍事目標，是真正讓敵人膽寒的「死光」，見下圖。激光在空氣中每秒傳播30萬公里，可繞地球7圈半，速度驚人，擊中目標幾乎不花時間。另外，激光雷達、激光陀螺、激光制導已在軍事上發揮威力。
此外，激光在通信、加工製造、醫療保健、光譜分析、超快超強科學等方面也有廣泛應用，下圖為激光近視矯正手術示意圖。
遇到激光照眼怎麼破？
在有強激光的場合，一定要做好眼睛等的防護工作，比如節目中讓嘉賓戴上防護鏡。作為尋常老百姓的我們遇到強激光的可能性雖然不大，但如果遇到有人用較強的激光筆對著你的眼睛，也會傷害眼睛，此時如果沒有防護，要馬上躲閃，實在不行可以用手阻擋，也可以用反光不強的東西阻隔。鏡子等反光強的東西會改變激光方向，很容易傷及別人，尤其不要讓孩子直視激光，很危險。
回顧：節目中的未來博士科學課楚涵怎麼說？
Q：未來博士，這個激光的實驗太炫酷了~氣球「砰砰砰」，可是我沒有太懂，激光好抽象啊，又怎麼才能阻隔它嘞？
A：首先未來博士要告訴大家激光是什麼~
激光也叫作鐳射，鐳射是從LASER音譯過來的，LASER就是這一長串詞的首字母（如下圖）。
@#$%^^#&…(S-MAN翻譯無能)這一長串單詞的意思就是說受激輻射光放大，也就是激光的產生機理。
因為激光的能量特別高，所以它也非常危險。像小撒手裡的這種功率較大的激光發射器，使用它照射稍微長久一點，它的溫度會造成灼傷。
【絕對不能對準眼睛或者是任何易燃的物體!!!】
so ，當激光照在氣球上的時候，氣球表面它就會吸收激光的能量，這時候溫度會非常高～所以氣球就被點破。
【看了《加油！向未來》節目，讀了北京大學李焱教授的科學解讀文章，是不是遇到對高大上的光學知識再也不怕了，科學在明星和專家的詮釋下變得精彩有趣。敬請繼續收看央視節目《加油!向未來》，同時關注科普中國的精心解讀。好玩、有趣、實用，您還不速度跟上？！】
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編輯：何鄭燕
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