制 图：赵汝帆

　　前不久，2018年诺贝尔物理学奖揭晓，来自美国、法国和加拿大的科学家共同获得该奖，以表彰他们在激光物理领域的突破性贡献。

　　“一束光”的研究与发明成果先后10次获得诺贝尔物理学奖，它的广泛应用更是带来了一系列突破性创新，演绎着无数的梦想与传奇。

　　“神奇之光”的神奇之处

　　激光是20世纪以来继量子物理学、核能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明。因为它是原子受激辐射发出的光，所以被称为“激光”。

　　激光原本在自然界并不存在，它的诞生最早来自爱因斯坦在解释黑体辐射定律时提出的假说。光的吸收和发射有受激吸收、受激辐射和自发辐射3种基本途径。其中，受激辐射可使一个光子先后激发出很多个性质相同的光子，频率和步调整齐一致，从而出现一束弱光最终激发出强光的现象，即“受激辐射的光放大”。这就是爱因斯坦的“受激辐射”理论，他从理论上预言了原子发生受激辐射的可能性。因此，物理界将激光产生机理溯源于爱因斯坦的假说。这样算来，激光至今已有了上百年历史。

　　从1916年爱因斯坦提出“受激辐射”理论，到1960年人类才获得第一束激光。可见，科学家为了获得这束光是多么艰难。

　　最难得到的往往都是最好的。激光更是这样，它一经问世，便被誉为“神奇之光”。那么，它有何神奇之处呢？

　　定向发光，方向性好。普通光源是向四面八方发光，如果要让其朝一个方向照射，必须给光源装上一个聚光装置，如探照灯。激光天生就是朝一个方向发光，发散角非常小，方向集中，接近平行。1962年，人类第一次使用激光照射月球，在相隔约38万千米远的月球表面上，其光斑直径不到两千米。

　　亮度极高，能量密度大。普通光源中，太阳的亮度最高，而激光与太阳光相比，亮度要高百亿倍，是目前最亮的光。激光器发射大量光子，短时间里聚集巨大能量，聚焦一点可产生百万甚至上千万摄氏度的高温。

　　相位一致，相干性好。相干性是所有波的共性，激光的所有光子都相同且步调一致，其横截面上各点间有固定的相位关系，具有很好的空间相干性，成为最好的相干光源，而普通光的光波并不同步，属于非相干光。

　　颜色极纯，单色性好。普通光源发射的光子，波长（或频率）各不相同，不同波长对应不同颜色。而激光不仅波长（或频率）基本一致，且谱线宽度很窄。因此，它是一种颜色极纯的单色光。

　　生活中无处不见的应用

　　自从人类发现了激光，它便以其无与伦比的优越性在各个领域得到广泛应用。从1961年首次在外科手术应用激光杀灭视网膜肿瘤，到今天激光焊接、激光测距、激光雕刻、激光通信、激光医疗等，已广泛应用于工业生产、信息处理、医疗卫生、文化教育、影视艺术以及科学研究等诸多领域，带来了一系列变革性突破。

　　在工业领域，运用激光束能量集中的优点切割材料，激光束将切割线部位熔化，同时将熔化材料吹走，切割面平整而光滑。采用短脉冲激光对材料表面进行激光清洗，可将铁锈、油漆、氧化膜等一扫而光。利用激光束高密度能量等特点，人们还创造出激光焊接、雕刻、打标、打孔、3D打印等新技术。用激光作为测距光源，不但可测距离远且精度极高。在信息通信领域，一条用激光传送信号的光缆，可以携带相当于2万根铜线所携带的信息量，且保密性好、抗干扰能力强。在医疗卫生方面，常见的有激光手术、激光碎结石、激光矫视、激光美容等。因此，激光被称为是“最亮的光”“最快的刀”“最准的尺”。

　　随着技术进步和工艺水平的提高，未来激光器将朝着脉冲速度更快、平均功率更高、光束质量更好、谱线宽度更窄的方向发展。近年来，该领域正朝着可调谐固体激光器、超快光纤激光器、大能量紫外激光器应用等激光加工和激光感知方向发展，激光在信息技术、新能源、新材料、智能制造、生物医疗、电子及航空航天等方面的应用越来越广泛，发挥出巨大的创新驱动作用。