激光原理

光與物質(zhì)的相互作用,，實(shí)質(zhì)上是組成物質(zhì)的微觀粒子吸收或輻射光子,，同時(shí)改變自身運(yùn)動(dòng)狀況的表現(xiàn)。

微觀粒子都具有特定的一套能級(jí)（通常這些能級(jí)是分立的）,。任一時(shí)刻粒子只能處在與某一能級(jí)相對(duì)應(yīng)的狀態(tài)（或者簡(jiǎn)單地表述為處在某一個(gè)能級(jí)上）,。與光子相互作用時(shí)，粒子從一個(gè)能級(jí)躍遷到另一個(gè)能級(jí),，并相應(yīng)地吸收或輻射光子,。光子的能量值為此兩能級(jí)的能量差△E，頻率為ν=△E/h（h為普朗克常量）,。

1.受激吸收（簡(jiǎn)稱吸收）

處于較低能級(jí)的粒子在受到外界的激發(fā)（即與其他的粒子發(fā)生了有能量交換的相互作用,，如與光子發(fā)生非彈性碰撞），吸收了能量時(shí),，躍遷到與此能量相對(duì)應(yīng)的較高能級(jí),。這種躍遷稱為受激吸收。

2.自發(fā)輻射

粒子受到激發(fā)而進(jìn)入的激發(fā)態(tài),，不是粒子的穩(wěn)定狀態(tài),，如存在著可以接納粒子的較低能級(jí)，即使沒(méi)有外界作用,，粒子也有一定的概率,，自發(fā)地從高能級(jí)激發(fā)態(tài)（E2）向低能級(jí)基態(tài)（E1）躍遷，同時(shí)輻射出能量為（E2-E1）的光子,，光子頻率ν=（E2-E1）/h,。這種輻射過(guò)程稱為自發(fā)輻射,。眾多原子以自發(fā)輻射發(fā)出的光，不具有相位,、偏振態(tài),、傳播方向上的一致，是物理上所說(shuō)的非相干光,。

3.受激輻射,、激光

1917年，愛(ài)因斯坦從理論上指出：除自發(fā)輻射外,，處于高能級(jí)E2上的粒子還可以另一方式躍遷到較低能級(jí),。他指出當(dāng)頻率為ν=（E2-E1）/h的光子入射時(shí)，也會(huì)引發(fā)粒子以一定的概率,，迅速地從能級(jí)E2躍遷到能級(jí)E1,，同時(shí)輻射一個(gè)與外來(lái)光子頻率、相位,、偏振態(tài)以及傳播方向都相同的光子,，這個(gè)過(guò)程稱為受激輻射。

可以設(shè)想,，如果大量原子處在高能級(jí)E2上,，當(dāng)有一個(gè)頻率ν=（E2-E1）/h的光子入射，從而激勵(lì)E2上的原子產(chǎn)生受激輻射,，得到兩個(gè)特征完全相同的光子，這兩個(gè)光子再激勵(lì)E2能級(jí)上原子,，又使其產(chǎn)生受激輻射,，可得到四個(gè)特征相同的光子，這意味著原來(lái)的光信號(hào)被放大了,。這種在受激輻射過(guò)程中產(chǎn)生并被放大的光就是激光,。

愛(ài)因斯坦1917提出受激輻射，激光器卻在1960年問(wèn)世,，相隔43年,，為什么？主要原因是,，普通光源中粒子產(chǎn)生受激輻射的概率極小,。當(dāng)頻率一定的光射入工作物質(zhì)時(shí)，受激輻射和受激吸收兩過(guò)程同時(shí)存在,，受激輻射使光子數(shù)增加,，受激吸收卻使光子數(shù)減小。物質(zhì)處于熱平衡態(tài)時(shí),，粒子在各能級(jí)上的分布,，遵循平衡態(tài)下粒子的統(tǒng)計(jì)分布律。按統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，處在較低能級(jí)E1的粒子數(shù)必大于處在較高能級(jí)E2的粒子數(shù),。這樣光穿過(guò)工作物質(zhì)時(shí),，光的能量只會(huì)減弱不會(huì)加強(qiáng)。要想使受激輻射占優(yōu)勢(shì),，必須使處在高能級(jí)E2的粒子數(shù)大于處在低能級(jí)E1的粒子數(shù),。這種分布正好與平衡態(tài)時(shí)的粒子分布相反，稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布,，簡(jiǎn)稱粒子數(shù)反轉(zhuǎn),。如何從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是產(chǎn)生激光的必要條件。

理論研究表明,，任何工作物質(zhì),，在適當(dāng)?shù)募?lì)條件下，可在粒子體系的特定高低能級(jí)間實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn),。若原子或分子等微觀粒子具有高能級(jí)E2和低能級(jí)E1,，E2和E1能級(jí)上的布居數(shù)密度為N2和N1，在兩能級(jí)間存在著自發(fā)發(fā)射躍遷,、受激發(fā)射躍遷和受激吸收躍遷等三種過(guò)程,。受激發(fā)射躍遷所產(chǎn)生的受激發(fā)射光，與入射光具有相同的頻率,、相位,、傳播方向和偏振方向。因此,，大量粒子在同一相干輻射場(chǎng)激發(fā)下產(chǎn)生的受激發(fā)射光是相干的,。受激發(fā)射躍遷幾率和受激吸收躍遷幾率均正比于入射輻射場(chǎng)的單色能量密度。當(dāng)兩個(gè)能級(jí)的統(tǒng)計(jì)權(quán)重相等時(shí),，兩種過(guò)程的幾率相等,。在熱平衡情況下N2N1，這種狀態(tài)稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài),。在這種情況下,，受激發(fā)射躍遷占優(yōu)勢(shì)。光通過(guò)一段長(zhǎng)為l的處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的激光工作物質(zhì)（激活物質(zhì)）后,，光強(qiáng)增大eGl倍,。G為正比于（N2-N1）的系數(shù)，稱為增益系數(shù),，其大小還與激光工作物質(zhì)的性質(zhì)和光波頻率有關(guān),。一段激活物質(zhì)就是一個(gè)激光放大器,。如果，把一段激活物質(zhì)放在兩個(gè)互相平行的反射鏡（其中至少有一個(gè)是部分透射的）構(gòu)成的光學(xué)諧振腔中（圖1）,，處于高能級(jí)的粒子會(huì)產(chǎn)生各種方向的自發(fā)發(fā)射,。其中，非軸向傳播的光波很快逸出諧振腔外：軸向傳播的光波卻能在腔內(nèi)往返傳播,，當(dāng)它在激光物質(zhì)中傳播時(shí),，光強(qiáng)不斷增長(zhǎng)。如果諧振腔內(nèi)單程小信號(hào)增益G0l大于單程損耗δ（G0l是小信號(hào)增益系數(shù)）,，則可產(chǎn)生自激振蕩,。原子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以分為不同的能級(jí)，當(dāng)原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí),，會(huì)釋放出相應(yīng)能量的光子（所謂自發(fā)輻射）,。

歷史沿革

激光的理論基礎(chǔ)起源于物理學(xué)家愛(ài)因斯坦，1917年愛(ài)因斯坦提出了一套全新的技術(shù)理論‘光與物質(zhì)相互作用’,。這一理論是說(shuō)在組成物質(zhì)的原子中,，有不同數(shù)量的粒子（電子）分布在不同的能級(jí)上，在高能級(jí)上的粒子受到某種光子的激發(fā),，會(huì)從高能級(jí)跳到（躍遷）到低能級(jí)上,，這時(shí)將會(huì)輻射出與激發(fā)它的光相同性質(zhì)的光，而且在某種狀態(tài)下,，能出現(xiàn)一個(gè)弱光激發(fā)出一個(gè)強(qiáng)光的現(xiàn)象,。這就叫做“受激輻射的光放大”，簡(jiǎn)稱激光,。

1951年，美國(guó)物理學(xué)家查爾斯·哈德·湯斯設(shè)想如果用分子,，而不用電子線路,，就可以得到波長(zhǎng)足夠小的無(wú)線電波。分子具有各種不同的振動(dòng)形式,，有些分子的振動(dòng)正好和微波波段范圍的輻射相同,。問(wèn)題是如何將這些振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛洹＞桶狈肿觼?lái)說(shuō),，在適當(dāng)?shù)臈l件下,，它每秒振動(dòng)24，000,，000,，000次（24GHz）,，因此有可能發(fā)射波長(zhǎng)為1.25厘米的微波。他設(shè)想通過(guò)熱或電的方法,，把能量泵入氨分子中,，使它們處于“激發(fā)“狀態(tài)。然后,，再設(shè)想使這些受激的分子處于具有和氨分子的固有頻率相同的微波束中---這個(gè)微波束的能量可以是很微弱的,。一個(gè)單獨(dú)的氨分子就會(huì)受到這一微波束的作用，以同樣波長(zhǎng)的束波形式放出它的能量,，這一能量又繼而作用于另一個(gè)氨分子,，使它也放出能量。這個(gè)很微弱的入射微波束相當(dāng)于起立腳點(diǎn)對(duì)一場(chǎng)雪崩的促發(fā)作用,，最后就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的微波束,。最初用來(lái)激發(fā)分子的能量就全部轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N特殊的輻射。

1953年12月,，湯斯和他的學(xué)生阿瑟·肖洛終于制成了按上述原理工作的的一個(gè)裝置,，產(chǎn)生了所需要的微波束。這個(gè)過(guò)程被稱為“受激輻射的微波放大”,。按其英文的首字母縮寫為M.A.S.E.R,并由之造出了單詞“maser”（脈澤）（這樣的單詞稱為首字母縮寫詞,，在技術(shù)語(yǔ)中越來(lái)越普遍使用）。

1958年,，美國(guó)科學(xué)家肖洛（Schawlow）和湯斯（Townes）發(fā)現(xiàn)了一種神奇的現(xiàn)象：當(dāng)他們將氖光燈泡所發(fā)射的光照在一種稀土晶體上時(shí),，晶體的分子會(huì)發(fā)出鮮艷的、始終會(huì)聚在一起的強(qiáng)光,。根據(jù)這一現(xiàn)象,，他們提出了"激光原理"，即物質(zhì)在受到與其分子固有振蕩頻率相同的能量激發(fā)時(shí),，都會(huì)產(chǎn)生這種不發(fā)散的強(qiáng)光--激光,。他們?yōu)榇税l(fā)表了重要論文，并獲得1964年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

1960年5月15日，美國(guó)加利福尼亞州休斯實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家梅曼宣布獲得了波長(zhǎng)為0.6943微米的激光,，這是人類有史以來(lái)獲得的第一束激光，梅曼因而也成為世界上第一個(gè)將激光引入實(shí)用領(lǐng)域的科學(xué)家,。

1960年7月7日，西奧多·梅曼宣布世界上第一臺(tái)激光器誕生,，梅曼的方案是,，利用一個(gè)高強(qiáng)閃光燈管，來(lái)激發(fā)紅寶石,。由于紅寶石其實(shí)在物理上只是一種摻有鉻原子的剛玉,，所以當(dāng)紅寶石受到刺激時(shí),，就會(huì)發(fā)出一種紅光。在一塊表面鍍上反光鏡的紅寶石的表面鉆一個(gè)孔,，使紅光可以從這個(gè)孔溢出,，從而產(chǎn)生一條相當(dāng)集中的纖細(xì)紅色光柱，當(dāng)它射向某一點(diǎn)時(shí),，可使其達(dá)到比太陽(yáng)表面還高的溫度,。

前蘇聯(lián)科學(xué)家尼古拉·巴索夫于1960年發(fā)明了半導(dǎo)體激光器。半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)通常由p層,、n層和形成雙異質(zhì)結(jié)的有源層構(gòu)成。其特點(diǎn)是：尺寸小,、耦合效率高,、響應(yīng)速度快、波長(zhǎng)和尺寸與光纖尺寸適配,、可直接調(diào)制,、相干性好。

激光的中文名稱

1964年10月,，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光機(jī)所主辦的《光受激發(fā)射情報(bào)》（其前身為《光量子放大?？罚╇s志編輯部致信錢學(xué)森，請(qǐng)他為L(zhǎng)ASER取一個(gè)中文名字,，錢學(xué)森建議中文名為“激光”,。同年12月，上海召開第三屆光量子放大器學(xué)術(shù)會(huì)議,，由嚴(yán)濟(jì)慈主持,，討論后正式采納錢學(xué)森的建議，將“通過(guò)輻射受激發(fā)射的光放大”的英文縮寫LASER正式翻譯為“激光”,。隨后,，《光受激發(fā)射情報(bào)》雜志也改名為《激光情報(bào)》。

大事年表

1917年：愛(ài)因斯坦提出“受激發(fā)射”理論,，一個(gè)光子使得受激原子發(fā)出一個(gè)相同的光子,。

1953年：美國(guó)物理學(xué)家Charles Townes用微波實(shí)現(xiàn)了激光器的前身：微波受激發(fā)射放大（英文首字母縮寫maser）。

1957年：Townes的博士生Gordon Gould創(chuàng)造了“l(fā)aser”這個(gè)單詞,，從理論上指出可以用光激發(fā)原子，產(chǎn)生一束相干光束,，之后人們?yōu)槠渖暾?qǐng)了專利,，相關(guān)法律糾紛維持了近30年。

1960年：美國(guó)加州Hughes實(shí)驗(yàn)室的Theodore Maiman實(shí)現(xiàn)了第一束激光,。

1961年：激光首次在外科手術(shù)中用于殺滅視網(wǎng)膜腫瘤,。

1962年：發(fā)明半導(dǎo)體二極管激光器,，這是今天小型商用激光器的支柱。

1969年：激光用于遙感勘測(cè),，激光被射向阿波羅11號(hào)放在月球表面的反射器,，測(cè)得的地月距離誤差在幾米范圍內(nèi)。

1971年：激光進(jìn)入藝術(shù)世界,，用于舞臺(tái)光影效果,，以及激光全息攝像。英國(guó)籍匈牙利裔物理學(xué)家Dennis Gabor憑借對(duì)全息攝像的研究獲得諾貝爾獎(jiǎng),。

1974年：第一個(gè)超市條形碼掃描器出現(xiàn),。

1975年：IBM投放第一臺(tái)商用激光打印機(jī)。

1978年：飛利浦制造出第一臺(tái)激光盤（LD）播放機(jī),，不過(guò)價(jià)格很高,。

1982年：第一臺(tái)緊湊碟片（CD）播放機(jī)出現(xiàn)，第一部CD盤是美國(guó)歌手Billy Joel在1978年的專輯52nd Street,。

1983年：里根總統(tǒng)發(fā)表了“星球大戰(zhàn)”的演講,，描繪了基于太空的激光武器。

1988年：北美和歐洲間架設(shè)了第一根光纖,，用光脈沖來(lái)傳輸數(shù)據(jù),。

1990年：激光用于制造業(yè)，包括集成電路和汽車制造,。

1991年：第一次用激光治療近視,，海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中第一次用激光制導(dǎo)導(dǎo)彈。

1996年：東芝推出數(shù)字多用途光盤（DVD）播放器,。

2008年：法國(guó)神經(jīng)外科學(xué)家使用廣導(dǎo)纖維激光和微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)治療了腦瘤,。

2010年：美國(guó)國(guó)家核安全管理局（NNSA）表示，通過(guò)使用192束激光來(lái)束縛核聚變的反應(yīng)原料,、氫的同位素氘（質(zhì)量數(shù)2）和氚（質(zhì)量數(shù)3）,，解決了核聚變的一個(gè)關(guān)鍵困難。

2011年3月,，研究人員研制的一種牽引波激光器能夠移動(dòng)物體,，未來(lái)有望能移動(dòng)太空飛船。

2013年1月,，科學(xué)家已經(jīng)成功研制出可用于醫(yī)學(xué)檢測(cè)的牽引光束,。

2014年6月5日美國(guó)航天局利用激光束把一段時(shí)長(zhǎng)37秒、名為“你好,，世界,！”的高清視頻，只用了3.5秒就成功傳回,，相當(dāng)于傳輸速率達(dá)到每秒50兆,，而傳統(tǒng)技術(shù)下載需要至少10分鐘,。

基本特性

定向發(fā)光

普通光源是向四面八方發(fā)光。要讓發(fā)射的光朝一個(gè)方向傳播,，需要給光源裝上一定的聚光裝置,，如汽車的車前燈和探照燈都是安裝有聚光作用的反光鏡，使輻射光匯集起來(lái)向一個(gè)方向射出,。激光器發(fā)射的激光,，天生就是朝一個(gè)方向射出，光束的發(fā)散度極小,，大約只有0.001弧度,，接近平行。1962年,，人類第一次使用激光照射月球,，地球離月球的距離約38萬(wàn)公里，但激光在月球表面的光斑不到兩公里,。若以聚光效果很好,，看似平行的探照燈光柱射向月球，按照其光斑直徑將覆蓋整個(gè)月球,。天文學(xué)家相信,，外星人或許正使用閃爍的激光作為一種宇宙燈塔來(lái)嘗試與地球進(jìn)行聯(lián)系。

亮度極高

在激光發(fā)明前,，人工光源中高壓脈沖氙燈的亮度最高,，與太陽(yáng)的亮度不相上下，而紅寶石激光器的激光亮度,，能超過(guò)氙燈的幾百億倍,。因?yàn)榧す獾牧炼葮O高，所以能夠照亮遠(yuǎn)距離的物體,。紅寶石激光器發(fā)射的光束在月球上產(chǎn)生的照度約為0.02勒克斯（光照度的單位）,，顏色鮮紅，激光光斑肉眼可見(jiàn),。若用功率最強(qiáng)的探照燈照射月球,，產(chǎn)生的照度只有約一萬(wàn)億分之一勒克斯，人眼根本無(wú)法察覺(jué),。激光亮度極高的主要原因是定向發(fā)光,。大量光子集中在一個(gè)極小的空間范圍內(nèi)射出，能量密度自然極高,。

激光的亮度與陽(yáng)光之間的比值是百萬(wàn)級(jí)的,，而且它是人類創(chuàng)造的。

激光的顏色

激光的顏色取決于激光的波長(zhǎng)，而波長(zhǎng)取決于發(fā)出激光的活性物質(zhì),，即被刺激后能產(chǎn)生激光的那種材料。刺激紅寶石就能產(chǎn)生深玫瑰色的激光束,，它應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,，比如用于皮膚病的治療和外科手術(shù)。公認(rèn)最貴重的氣體之一的氬氣能夠產(chǎn)生藍(lán)綠色的激光束,，它有諸多用途,，如激光印刷術(shù)，在顯微眼科手術(shù)中也是不可缺少的,。半導(dǎo)體產(chǎn)生的激光能發(fā)出紅外光,，因此我們的眼睛看不見(jiàn)，但它的能量恰好能"解讀"激光唱片,，并能用于光纖通訊,。但有的激光器可調(diào)節(jié)輸出激光的波長(zhǎng)。

激光分離技術(shù)

激光分離技術(shù)主要指激光切割技術(shù)和激光打孔技術(shù),。激光分離技術(shù)是將能量聚焦到微小的空間,，可獲得105~1015W/cm2極高的輻照功率密度，利用這一高密度的能量進(jìn)行非接觸,、高速度,、高精度的加工方法。在如此高的光功率密度照射下,，幾乎可以對(duì)任何材料實(shí)現(xiàn)激光切割和打孔,。激光切割技術(shù)是一種擺脫傳統(tǒng)的機(jī)械切割、熱處理切割之類的全新切割法,，具有更高的切割精度,、更低的粗糙度、更靈活的切割方法和更高的生產(chǎn)效率等特點(diǎn),。激光打孔方法作為在固體材料上加工孔方法之一,，已成為一項(xiàng)擁有特定應(yīng)用的加工技術(shù)，主要運(yùn)用在航空,、航天與微電子行業(yè)中,。

顏色極純

光的顏色由光的波長(zhǎng)（或頻率）決定。一定的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)一定的顏色,。太陽(yáng)輻射出的可見(jiàn)光段的波長(zhǎng)分布范圍約在0.76微米至0.4微米之間,，對(duì)應(yīng)的顏色從紅色到紫色共7種顏色，所以太陽(yáng)光談不上單色性,。發(fā)射單種顏色光的光源稱為單色光源,，它發(fā)射的光波波長(zhǎng)單一。比如氪燈、氦燈,、氖燈,、氫燈等都是單色光源，只發(fā)射某一種顏色的光,。單色光源的光波波長(zhǎng)雖然單一,，但仍有一定的分布范圍。如氖燈只發(fā)射紅光,，單色性很好,，被譽(yù)為單色性之冠，波長(zhǎng)分布的范圍仍有0.00001納米,，因此氖燈發(fā)出的紅光,，若仔細(xì)辨認(rèn)仍包含有幾十種紅色。由此可見(jiàn),，光輻射的波長(zhǎng)分布區(qū)間越窄,，單色性越好。

激光器輸出的光,，波長(zhǎng)分布范圍非常窄,，因此顏色極純。以輸出紅光的氦氖激光器為例,，其光的波長(zhǎng)分布范圍可以窄到2×10^-9納米級(jí)別,，是氪燈發(fā)射的紅光波長(zhǎng)分布范圍的萬(wàn)分之二。由此可見(jiàn),，激光器的單色性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)任何一種單色光源,。

能量極大

光子的能量是用E=hv來(lái)計(jì)算的，其中h為普朗克常量,，v為頻率,。由此可知，頻率越高,，能量越高,。激光頻率范圍3.846×10^（14）Hz到7.895×10^（14）Hz。

電磁波譜可大致分為：

（1）無(wú)線電波——波長(zhǎng)從幾千米到0.3米左右,，一般的電視和無(wú)線電廣播的波段就是用這種波,；

（2）微波——波長(zhǎng)從0.3米到10^-3米，這些波多用在雷達(dá)或其它通訊系統(tǒng),；

（3）紅外線——波長(zhǎng)從10^-3米到7.8×10^-7米,；

（4）可見(jiàn)光——這是人們所能感光的極狹窄的一個(gè)波段。波長(zhǎng)從780—380nm,。光是原子或分子內(nèi)的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變時(shí)所發(fā)出的電磁波,。由于它是我們能夠直接感受而察覺(jué)的電磁波極少的那一部分,；

（5）紫外線——波長(zhǎng)從3×10^-7米到6×10^-10米。這些波產(chǎn)生的原因和光波類似,，常常在放電時(shí)發(fā)出,。由于它的能量和一般化學(xué)反應(yīng)所牽涉的能量大小相當(dāng)，因此紫外光的化學(xué)效應(yīng)最強(qiáng),；

（6）倫琴射線(X射線)——這部分電磁波譜,，波長(zhǎng)從2×10^-9米到6×10^-12米。倫琴射線（X射線）是電原子的內(nèi)層電子由一個(gè)能態(tài)跳至另一個(gè)能態(tài)時(shí)或電子在原子核電場(chǎng)內(nèi)減速時(shí)所發(fā)出的,；

（7）伽馬射線——是波長(zhǎng)從10^-10～10^-14米的電磁波。這種不可見(jiàn)的電磁波是從原子核內(nèi)發(fā)出來(lái)的,，放射性物質(zhì)或原子核反應(yīng)中常有這種輻射伴隨著發(fā)出,。γ射線的穿透力很強(qiáng)，對(duì)生物的破壞力很大,。由此看來(lái),，激光能量并不算很大，但是它的能量密度很大（因?yàn)樗淖饔梅秶苄?，一般只有一個(gè)點(diǎn)）,，短時(shí)間里聚集起大量的能量，用做武器也就可以理解了,。

其他特性

激光有很多特性：首先,，激光是單色的，或者說(shuō)是單頻的,。有一些激光器可以同時(shí)產(chǎn)生不同頻率的激光,，但是這些激光是互相隔離的，使用時(shí)也是分開的,。其次,，激光是相干光。相干光的特征是其所有的光波都是同步的,，整束光就好像一個(gè)“波列”,。再次，激光是高度集中的,，也就是說(shuō)它要走很長(zhǎng)的一段距離才會(huì)出現(xiàn)分散或者收斂的現(xiàn)象,。

激光對(duì)組織的生物效應(yīng)

1、熱效應(yīng)

2,、光化學(xué)效應(yīng)

3,、壓強(qiáng)作用、電磁場(chǎng)效應(yīng)和生物刺激效應(yīng),。

壓強(qiáng)作用和電磁場(chǎng)效應(yīng)主要由中等功率以上的激光所產(chǎn)生,，光化學(xué)效應(yīng)在低功率激光照射時(shí)特別重要,，熱效應(yīng)存在于所有的激光照射，而生物刺激作用只發(fā)生在弱激光照射時(shí),。

安全防護(hù)

激光波長(zhǎng)與眼睛傷害：在激光的傷害中,，以機(jī)體中眼睛的傷害最為嚴(yán)重。波長(zhǎng)在可見(jiàn)光和近紅外光的激光,，眼屈光介質(zhì)的吸收率較低,，透射率高，而屈光介質(zhì)的聚焦能力（即聚光力）強(qiáng),。強(qiáng)度高的可見(jiàn)或近紅外光進(jìn)入眼睛時(shí)可以透過(guò)人眼屈光介質(zhì),，聚積光于視網(wǎng)膜上。此時(shí)視網(wǎng)膜上的激光能量密度及功率密度提高到幾千甚至幾萬(wàn)倍,，大量的光能在瞬間聚中于視網(wǎng)膜上,，致視網(wǎng)膜的感光細(xì)胞層溫度迅速升高，以至使感光細(xì)胞凝固變性壞死而失去感光的作用,。激光聚于感光細(xì)胞時(shí)產(chǎn)生過(guò)熱而引起的蛋白質(zhì)凝固變性是不可逆的損傷,。一旦損傷以后就會(huì)造成眼睛的永久失明。

激光的波長(zhǎng)不同對(duì)眼球作用的程度不同,，其后果也不同,。遠(yuǎn)紅外激光對(duì)眼睛的損害主要以角膜為主，這是因?yàn)檫@類波長(zhǎng)的激光幾乎全部被角膜吸收,，所以角膜損傷最重,，主要引起角膜炎和結(jié)膜炎，患者感到眼睛痛,，異物樣刺激,、怕光、流眼淚,、眼球充血,，視力下降等。發(fā)生遠(yuǎn)紅外光損傷時(shí)應(yīng)遮住保護(hù)傷眼,，防止感染發(fā)生,，對(duì)癥處理。

紫外激光對(duì)眼的損傷主要是角膜和晶狀體,，此波段的紫外激光幾乎全部被眼的晶狀體吸收,，而中遠(yuǎn)以角膜吸收為主，因而可致晶狀體及角膜混濁,。

激光器通常都會(huì)標(biāo)示有著安全等級(jí)編號(hào)的激光警示標(biāo)簽：

第1級(jí)(Class I/1)：通常是因?yàn)楣馐煌耆姆忾]在內(nèi),，例如在CD或DVD播放器內(nèi)。

第2級(jí)(Class II/2)：在正常使用狀況下是安全的,，這類設(shè)備通常功率低于1mW,，例如激光指示器,。

第3a/R級(jí)(Class IIIa/3R)：功率通常會(huì)達(dá)到5mW，注視這種光束幾秒鐘會(huì)對(duì)視網(wǎng)膜造成立即的傷害,。

第3b/B級(jí)(Class IIIb/3B)：在暴露下會(huì)對(duì)眼睛造成立即的損傷,。

第4級(jí)(Class IV/4)：激光會(huì)燒灼皮膚，即使散射的激光光（200W以上）也會(huì)對(duì)眼睛和皮膚造成傷害,。利用激光的熱能,，可以制造新型的烹飪工具。

以上情況是指在激光直射眼睛的情況下所發(fā)生的,。如果間接觀察激光,，任何200W以下的激光的丁達(dá)爾效應(yīng)都不會(huì)對(duì)眼睛造成影響。

國(guó)內(nèi)前景

激光功率已不足以描述切割能力的大小,，亮度（Brightness）才是,。亮度的定義是“單位面積單位立體角的激光功率”。

對(duì)比CO2激光器,、碟片激光器和光纖激光器，可以得出這樣的結(jié)論：直到5千瓦,，以光纖激光的亮度最大,，切割金屬板最快最厚的當(dāng)屬光纖激光。但實(shí)際上切割厚板尚不如CO2激光,，盡管碳鋼對(duì)近紅外的1.07摻鐿光纖激光的吸收率數(shù)倍于中紅外10.6的CO2激光,，但10倍于光纖激光波長(zhǎng)的CO2激光之切縫比光纖的寬得多（一般2mm），氧氣易于吹入,。這就是CO2激光46年來(lái)一直獨(dú)占固體激光之鰲頭的緣由,。第一，國(guó)產(chǎn)激光切割機(jī)的量產(chǎn)與自主開發(fā)力度的加大,，外國(guó)一線公司在華本土化的生產(chǎn),，縮小了二者的產(chǎn)品差距與價(jià)格差距。用戶對(duì)國(guó)產(chǎn)機(jī)的認(rèn)同度不斷提高,，其在2010年國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的占比高達(dá)80%,。

第二，2010年我國(guó)千瓦以上大功率CO2激光切割機(jī)銷量達(dá)1000臺(tái),，占全球市場(chǎng)的20%-25%,。上海團(tuán)結(jié)普瑞瑪、大族激光,、武漢法利萊,、奔騰楚天等一線廠商都有大幅的增長(zhǎng)。最多一家竟占了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的30%,。

市場(chǎng)興旺得力于擴(kuò)大內(nèi)需,，但主要是這種加工手段的魅力,，特別在鐵路鋼鐵,、工程機(jī)械,、汽車造船、航空航天和軍工等高端市場(chǎng)的旺盛需求,。

2014年市場(chǎng)難料,，但可深信一點(diǎn)，2013年大起,，2014年絕不會(huì)大落,，作為制造大國(guó)的中國(guó)，保有量不會(huì)低于10000臺(tái),。須知2000年前的10年我國(guó)的總量才280臺(tái),。

第三，我國(guó)大功率激光切割裝備的產(chǎn)業(yè)鏈遠(yuǎn)未形成,，尚無(wú)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型大功率激光器,，無(wú)論激光器還是切割機(jī)的關(guān)鍵元部件都得依賴進(jìn)口,。價(jià)昂的電容切割頭及作為耗材的光學(xué)鏡片等的研發(fā)生產(chǎn)，迄今都無(wú)人問(wèn)津,。成不了國(guó)內(nèi)配套,，進(jìn)軍海外市場(chǎng)不過(guò)是夢(mèng)想。唯有待到國(guó)產(chǎn)整機(jī)批量出口之日,，才是我國(guó)這一產(chǎn)業(yè)的形成之時(shí)。

第四,，光纖激光是當(dāng)前的熱門話題,。ROFIN與TRUMPF分別收購(gòu)NUFERN與SPI公司發(fā)展光纖激光已三年，今春上海慕尼黑激光展上,，ROFIN展出了2KW光纖激光器，但全球高功率光纖激光器市場(chǎng)依然是IPG一統(tǒng)天下,。繼上年SALVAGNINI與LASER PHOTONICS等公司展出用其的光纖激光器之切割機(jī)后,，2010年11月在亞特蘭大的FABTECH與漢諾威的EUROBLECH展會(huì)上又推出愈來(lái)愈多的光纖激光切割機(jī)。欣喜的是一批海歸博士矢志回國(guó)創(chuàng)業(yè),，創(chuàng)建了武漢銳科光纖激光,、西安炬光等公司,，研發(fā)生產(chǎn)高功率光纖激光器與二極管激光泵源，相信有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的4KW連續(xù)波光纖激光器不久將會(huì)呈現(xiàn)在國(guó)人面前,。

發(fā)展前景

激光的空間控制性和時(shí)間控制性很好,，對(duì)加工對(duì)象的材質(zhì)、形狀,、尺寸和加工環(huán)境的自由度都很大,，特別適用于自動(dòng)化加工，激光加工系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)相結(jié)合可構(gòu)成高效自動(dòng)化加工設(shè)備,，已成為企業(yè)實(shí)行適時(shí)生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù),，為優(yōu)質(zhì)、高效和低成本的加工生產(chǎn)開辟了廣闊的前景,。透過(guò)將激光束集中在單分子上,，ETH Zurich的科學(xué)家只用單個(gè)分子就產(chǎn)生激光運(yùn)作的基本條件──受激發(fā)射(stimulated emission)。由于在低溫下,，分子會(huì)增加它們的外表面積(apparent surface area)來(lái)跟光線互動(dòng),，因此研究人員將分子冷卻到攝氏零下272度，也就是只比絕對(duì)零度高1度兩條光束瞄準(zhǔn)單分子

在受控制的模式下,，利用一道激光束來(lái)讓單個(gè)分子進(jìn)入量子態(tài)(controlled fashion),，研究人員如此能明顯的縮減或是放大第二道激光束。這種運(yùn)作模式與傳統(tǒng)的晶體管如出一轍,；晶體管內(nèi)的電位(electrical potential)能用來(lái)調(diào)變第二個(gè)信號(hào)。不過(guò)ETH Zurich并未透露其單分子的化學(xué)方程式,。由于其性能與散熱效能的優(yōu)勢(shì),，光子運(yùn)算技術(shù)是科學(xué)家們長(zhǎng)期追求的目標(biāo)；光子(photon)不僅發(fā)熱比電子少,，也能達(dá)到高出相當(dāng)多的數(shù)據(jù)傳輸速率,。不過(guò)光通訊技術(shù)卻只能逐步地從長(zhǎng)距離通訊，進(jìn)展到短距離通訊,，再進(jìn)入單系統(tǒng)中,。

應(yīng)用領(lǐng)域

激光加工技術(shù)是利用激光束與

物質(zhì)相互作用的特性對(duì)材料（包括金屬與非金屬）進(jìn)行切割、焊接,、表面處理,、打孔、微加工以及做為光源,，識(shí)別物體等的一門技術(shù),，傳統(tǒng)應(yīng)用最大的領(lǐng)域?yàn)榧す饧庸ぜ夹g(shù)。激光技術(shù)是涉及到光,、機(jī),、電,、材料及檢測(cè)等多門學(xué)科的一門綜合技術(shù)，傳統(tǒng)上看,，它的研究范圍一般可分為：

1.激光加工系統(tǒng),。包括激光器、導(dǎo)光系統(tǒng),、加工機(jī)床,、控制系統(tǒng)及檢測(cè)系統(tǒng)。

2.激光加工工藝,。包括切割,、焊接、表面處理,、打孔,、打標(biāo)、劃線,、微雕等各種加工工藝,。

激光焊接：汽車車身厚薄板、汽車零件,、鋰電池,、心臟起搏器、密封繼電器等密封器件以及各種不允許焊接污染和變形的器件,。2013年使用的激光器有YAG激光器,，CO2激光器和半導(dǎo)體泵浦激光器。

激光切割：汽車行業(yè),、計(jì)算機(jī),、電氣機(jī)殼、木刀模業(yè),、各種金屬零件和特殊材料的切割,、圓形鋸片、壓克力,、彈簧墊片,、2mm以下的電子機(jī)件用銅板、一些金屬網(wǎng)板,、鋼管,、鍍錫鐵板、鍍亞鉛鋼板,、磷青銅,、電木板、薄鋁合金、石英玻璃,、硅橡膠,、1mm以下氧化鋁陶瓷片、航天工業(yè)使用的鈦合金等等,。使用激光器有YAG激光器和CO2激光器。

激光筆：又稱為激光指示器,、指星筆等,，是把可見(jiàn)激光設(shè)計(jì)成便攜、手易握,、激光模組（二極管）加工成的筆型發(fā)射器,。常見(jiàn)的激光筆有紅光(650-660nm, 635nm)、綠光(515-520nm,532nm),、藍(lán)光(445-450nm)和藍(lán)紫光(405nm)等,，功率通常以毫瓦為單位。通常在會(huì)報(bào),、教學(xué),、導(dǎo)賞人員都會(huì)使用它來(lái)投映一個(gè)光點(diǎn)或一條光線指向物體，但激光會(huì)傷害到眼睛,，任何情況下都不應(yīng)該讓激光直射眼睛,。

激光治療：可以用于手術(shù)開刀，減輕痛苦,，減少感染,。

激光打標(biāo)：在各種材料和幾乎所有行業(yè)均得到廣泛應(yīng)用，2013年使用的激光器有YAG激光器,、CO2激光器和半導(dǎo)體泵浦激光器,。

激光打孔：激光打孔主要應(yīng)用在航空航天、汽車制造,、電子儀表,、化工等行業(yè),。激光打孔的迅速發(fā)展,，主要體現(xiàn)在打孔用YAG激光器的平均輸出功率已由2008年的400w提高到了800w至1000w。國(guó)內(nèi)2013年比較成熟的激光打孔的應(yīng)用是在人造金剛石和天然金剛石拉絲模的生產(chǎn)及鐘表和儀表的寶石軸承,、飛機(jī)葉片,、多層印刷線路板等行業(yè)的生產(chǎn)中。2013年使用的激光器多以YAG激光器,、CO2激光器為主,，也有一些準(zhǔn)分激光器、同位素激光器和半導(dǎo)體泵浦激光器,。

激光熱處理：在汽車工業(yè)中應(yīng)用廣泛,，如缸套,、曲軸、活塞環(huán),、換向器,、齒輪等零部件的熱處理，同時(shí)在航空航天,、機(jī)床行業(yè)和其它機(jī)械行業(yè)也應(yīng)用廣泛,。我國(guó)的激光熱處理應(yīng)用遠(yuǎn)比國(guó)外廣泛得多。2013年使用的激光器多以YAG激光器,，CO2激光器為主,。

激光快速成型：將激光加工技術(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)及柔性制造技術(shù)相結(jié)合而形成。多用于模具和模型行業(yè),。2013年使用的激光器多以YAG激光器,、CO2激光器為主。

激光涂敷：在航空航天,、模具及機(jī)電行業(yè)應(yīng)用廣泛,。2013年使用的激光器多以大功率YAG激光器、CO2激光器為主,。

激光成像：利用激光束掃描物體,，將反射光束反射回來(lái)，得到的排布順序不同而成像,。用圖像落差來(lái)反映所成的像,。激光成像具有超視距的探測(cè)能力，可用于衛(wèi)星激光掃描成像,，未來(lái)用于遙感測(cè)繪等科技領(lǐng)域,。

醫(yī)學(xué)

激光在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用主要分三類：激光生命科學(xué)研究、激光診斷,、激光治療,，其中激光治療又分為：激光手術(shù)治療、弱激光生物刺激作用的非手術(shù)治療和激光的光動(dòng)力治療,。

應(yīng)用于牙科的激光系統(tǒng)依據(jù)激光在牙科應(yīng)用的不同作用,，分為幾種不同的激光系統(tǒng)。區(qū)別激光的重要特征之一是：光的波長(zhǎng),，不同波長(zhǎng)的激光對(duì)組織的作用不同,，在可見(jiàn)光及近紅外光譜范圍的光線，吸光性低,，穿透性強(qiáng),，可以穿透到牙體組織較深的部位，例如氬離子激光、二極管激光或Nd：YAG激光（如圖1）,。而Er：YAG激光和CO,，激光的光線穿透性差，僅能穿透牙體組織約0．01毫米,。區(qū)別激光的重要特征之二是：激光的強(qiáng)度（即功率）,，如在診斷學(xué)中應(yīng)用的二極管激光，其強(qiáng)度僅為幾個(gè)毫瓦特,，它有時(shí)也可用在激光顯示器上,。

用于治療的激光，通常是幾個(gè)瓦特中等強(qiáng)度的激光,。激光對(duì)組織的作用,，還取決于激光脈沖的發(fā)射方式，以典型的連續(xù)脈沖發(fā)射方式的激光有：氬離子激光,、二極管激光,、CO2，激光,；以短脈沖方式發(fā)射的激光有：Er：YAG激光或許多Nd：YAG激光,，短脈沖式的激光的強(qiáng)度（即功率）可以達(dá)到1,000瓦特或更高，這些強(qiáng)度高,、吸光性也高的激光,，只適用于清除硬組織。

激光美容

（1）激光在美容界的用途越來(lái)越廣泛,。色素沉著,，如太田痣、鮮紅斑痣,、雀斑,、老年斑、毛細(xì)血管擴(kuò)張等,，以及去紋身,、洗眼線、洗眉,、治療瘢痕等,；而2013年以前一些新型的激光儀，高能超脈沖CO2激光,，鉺激光進(jìn)行除皺,、磨皮換膚,、治療打鼾,，美白牙齒等等，取得了良好的療效，為激光外科開辟越來(lái)越廣闊的領(lǐng)域,。

（2）激光手術(shù)有傳統(tǒng)手術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)越性。首先激光手術(shù)不需要住院治療，手術(shù)切口小,，術(shù)中不出血，創(chuàng)傷輕,，無(wú)瘢痕。例如：眼袋的治療傳統(tǒng)手術(shù)法存在著由于剝離范圍廣、術(shù)中出血多，術(shù)后愈合慢,，易形成瘢痕等缺點(diǎn),，而應(yīng)用高能超脈沖CO2激光儀治療眼袋，則以它術(shù)中不出血，不需縫合,，不影響正常工作,，手術(shù)部位水腫輕，恢復(fù)快，無(wú)瘢痕等優(yōu)點(diǎn),，令傳統(tǒng)手術(shù)無(wú)法比擬。而一些由于出血多而無(wú)法進(jìn)行的內(nèi)窺鏡手術(shù),，則可由激光切割代替完成,。（注：有一定的適應(yīng)范圍）

（3）激光在血管性皮膚病以及色素沉著的治療中成效卓越,。使用脈沖染料激光治療鮮紅斑痣,，療效顯著，對(duì)周圍組織損傷小,，幾乎不落疤,。它的出現(xiàn)，成為鮮紅斑痣治療史上的一次革命,，因?yàn)轷r紅斑痣治療史上，放射,、冷凍、電灼,、手術(shù)等方法，其瘢痕發(fā)生率均高,，并常出現(xiàn)色素脫失或沉著,。激光治療血管性皮膚病是利用含氧血紅蛋白對(duì)一定波長(zhǎng)的激光選擇性的吸收，而導(dǎo)致血管組織的高度破壞,，其具有高度精確性與安全性,，不會(huì)影響周圍鄰近組織。因此,，激光治療毛細(xì)血管擴(kuò)張也是療效顯著,。

此外，由于可變脈沖激光等相繼問(wèn)世,，使得不滿意紋身的去除,，以及各類色素性皮膚病如太田痣，老年斑等的治療得到了重大突破,。這類激光根據(jù)選擇性光熱效應(yīng)理論,，（即不同波長(zhǎng)的激光可選擇性地作用于不同顏色的皮膚損害），利用其強(qiáng)大的瞬間功率,，高度集中的輻射能量及色素選擇性,，極短的脈寬,，使激光能量集中作用于色素顆粒,、將其直接汽化、擊碎,，通過(guò)淋巴組織排出體外,，而不影響周圍正常組織，并且以其療效確切,，安全可靠,，無(wú)瘢痕，痛苦小而深入人心,。

（4）激光外科開創(chuàng)了醫(yī)學(xué)美容的新紀(jì)元,。高能超脈沖CO2激光磨皮換膚術(shù)開拓了美容外科的新技術(shù)。它利用高能量,，極短脈沖的激光,，使老化、損傷的皮膚組織瞬間被汽化,，不傷及周圍組織,，治療過(guò)程中幾乎不出血，并可精確的控制作用深度,。其效果得到國(guó)際醫(yī)學(xué)整形美容界充分肯定,，被譽(yù)為“開創(chuàng)了醫(yī)學(xué)美容新紀(jì)元”；此外，更有高能超脈沖CO2激光儀治療眼袋,、打鼾,、甚至激光美白牙齒等，以其安全精確的療效,，簡(jiǎn)便快捷的治療在醫(yī)學(xué)美容界創(chuàng)造了一個(gè)又一個(gè)奇跡,。激光美容使得醫(yī)學(xué)美容向前邁進(jìn)了一大步，并且賦予醫(yī)學(xué)美容更新的內(nèi)涵,。

激光去除面部黑痣

激光去黑痣的原理就在于將激光在瞬間爆發(fā)出的巨大能量置于色素組織中,，把色素打碎并分解，使其可以被巨噬細(xì)胞吞并掉,，而后會(huì)隨著淋巴循環(huán)系統(tǒng)排出體外,，由此達(dá)到將色素去去掉的目的。

激光去痣可以適用的痣的類型很多,，比如包括上面提到的三種色素痣,、太田痣、鮮紅斑痣等,，療效都很明顯,，并且不容易留疤，風(fēng)險(xiǎn)性小,。用二氧化碳激光亦能去黑痣,。

激光治療近視

提示下情況的患者不適合接受激光治療：第一.眼部活動(dòng)性炎癥及病變；第二.眼周化膿性病灶,；第三.已確診

的圓錐角膜,；第四.嚴(yán)重干眼癥，伴有系統(tǒng)性干燥綜合征,；第五.中央角膜厚度低于450μm,；第六.嚴(yán)重的眼附屬器病變：眼瞼缺損、變形,、慢性淚囊炎等,；第七. 全身結(jié)締組織病及嚴(yán)重自身免疫性疾病，如系統(tǒng)性紅斑狼瘡,、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎,、多發(fā)性硬化。

相對(duì)禁忌證

1.超高度近視伴后鞏膜葡萄腫者,；2.初次手術(shù)前角膜中央平均曲率低于39D或高于47D應(yīng)慎重,；3.暗光下瞳孔直徑大于7mm；4.對(duì)側(cè)眼為法定盲眼,；5.2年內(nèi)曾患單純皰疹性角膜炎,；6.輕度白內(nèi)障；7.有視網(wǎng)膜脫離及黃斑出血病史；8.輕度干眼癥,；9.輕度瞼裂閉合不全,；10.可疑青光眼患者；11.月經(jīng)期及妊娠期,；12.瘢痕體質(zhì),；13.糖尿病,；14.感冒發(fā)燒等身體不適,；15.癲癇；16.焦慮癥,、抑郁癥以及對(duì)手術(shù)期望過(guò)高者,。

激光除皺

激光除皺是通過(guò)電腦控制的、低能量的二氧化碳激光,，能準(zhǔn)確地控制汽化皮膚表層的深度,，完成分層汽化、無(wú)碳化的面部除皺護(hù)膚技術(shù),。激光用于消除皺紋的技術(shù),，是激光技術(shù)應(yīng)用于臨床以后，并幾經(jīng)改進(jìn),、完善與不斷更新后的結(jié)果,。

原理：皺紋產(chǎn)生的主要原因是皮膚膠原減少，真皮層變薄,。運(yùn)用最新激光-射頻聯(lián)合技術(shù)照射皮膚,，可使真皮層增厚,、減少皺紋,，其原理是：刺激受損的膠原層,，產(chǎn)生新的膠原質(zhì),，從而填平因膠原減少而出現(xiàn)褶皺的皮膚；加熱真皮組織層,，利用人體自身修復(fù)機(jī)能刺激組織再生重建,，使真皮層增厚。

合理設(shè)計(jì)的激光可以通過(guò)皮膚中的黑色素,、血紅蛋白,，尤其是水吸收激光釋放的能量，并產(chǎn)生光熱效應(yīng)使之轉(zhuǎn)化為熱量,，從而激活真皮中成纖維細(xì)胞等各種基質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生新生的膠原蛋白,、彈性蛋白以及各種細(xì)胞間基質(zhì)，并發(fā)生組織重構(gòu)，就象是給慵懶的皮膚做運(yùn)動(dòng)一樣,，使其通過(guò)鍛煉而重新煥發(fā)年輕活力,。數(shù)次治療之后的皮膚含水量及彈性增加，質(zhì)地改善,，細(xì)小皺紋減少,。

適應(yīng)癥：1、原發(fā)性癥狀：口周皺紋,、眶周皺紋,、萎縮性（凹陷性）疤痕、良性皮膚贅生物（腫瘤）,；2,、皮膚粗糙、毛孔粗大,、細(xì)小皺紋等皮膚老化表現(xiàn)以及炎性痤瘡或痤瘡后瘢痕等,。

高能超脈沖激光能夠把周圍組織的熱損傷降到最低程度。微小皺紋和凹陷疤痕也可進(jìn)行精確磨削,。超脈沖激光能避免以往機(jī)械磨皮法,、化學(xué)剝脫術(shù)出血多，飛濺的血液,、組織細(xì)屑可使病毒在病人與病人間,、病人與醫(yī)務(wù)人員間傳播等不足，通過(guò)氣化病變組織來(lái)徹底消除皮膚損害,，并使正常皮膚的熱損傷極小,，這一過(guò)程的作用時(shí)間快于使周圍的正常組織也被加熱的所需時(shí)間，具有磨皮去皺的功能,。

軍事

激光武器是一種利用定向發(fā)射的激光束直接毀傷目標(biāo)或使之失效的定向能武器,。根據(jù)作戰(zhàn)用途的不同，激光武器可分為戰(zhàn)術(shù)激光武器和戰(zhàn)略激光武器兩大類,。武器系統(tǒng)主要由激光器和跟蹤,、瞄準(zhǔn)、發(fā)射裝置等部分組成,，2013年通常采用的激光器有化學(xué)激光器,、固體激光器、CO2激光器等,。激光武器具有攻擊速度快,、轉(zhuǎn)向靈活、可實(shí)現(xiàn)精確打擊,、不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn),，但也存在易受天氣和環(huán)境影響等弱點(diǎn),。

激光武器已有30多年的發(fā)展歷史，其關(guān)鍵技術(shù)也已取得突破,，美國(guó),、俄羅斯、法國(guó),、以色列等國(guó)都成功進(jìn)行了各種激光打靶試驗(yàn),。2013年低能激光武器已經(jīng)投入使用，主要用于干擾和致盲較近距離的光電傳感器,，以及攻擊人眼和一些增強(qiáng)型觀測(cè)設(shè)備,；高能激光武器主要采用化學(xué)激光器，按照現(xiàn)有的水平,，今后5—10年內(nèi)可望在地面和空中平臺(tái)上部署使用,，用于戰(zhàn)術(shù)防空、戰(zhàn)區(qū)反導(dǎo)和反衛(wèi)星作戰(zhàn)等,。

激光武器特點(diǎn)高度集束的激光,，能量也非常集中。舉例說(shuō),；在日常生活中我們認(rèn)為太陽(yáng)是非常亮的,，但一臺(tái)巨脈沖紅寶石激光器發(fā)出的激光卻比太陽(yáng)還亮200億倍。當(dāng)然,，激光比太陽(yáng)還亮,，并不是因?yàn)樗目偰芰勘忍?yáng)還大，而是由于它的能量非常集中,。例如,，紅寶石激光器發(fā)出的激光射束，能穿透一張1/3厘米厚的鋼板,，但總能量卻不足以煮熟一個(gè)雞蛋,。

激光作為武器，有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),。首先,，它可以用光速飛行，每秒30萬(wàn)公里,，任何武器都沒(méi)有這樣高的速度。它一旦瞄準(zhǔn),，幾乎不要什么時(shí)間就立刻擊中目標(biāo),，用不著考慮提前量。另外,，它可以在極小的面積上,、在極短的時(shí)間里集中超過(guò)核武器100萬(wàn)倍的能量,，還能很靈活地改變方向，沒(méi)有任何發(fā)射性污染,。激光武器分為三類：一是致盲型,。（激光劍）前面我們講過(guò)的機(jī)載致盲武器，就屬于這一類,。二是近距離戰(zhàn)術(shù)型,，可用來(lái)?yè)袈鋵?dǎo)彈和飛機(jī)。1978年美國(guó)進(jìn)行的用激光打陶式反坦克導(dǎo)彈的試驗(yàn),，就是用的這類武器,。還有科幻電影中，通過(guò)對(duì)激光武器的形變,，產(chǎn)生的激光盾翼三是遠(yuǎn)距離戰(zhàn)略型,。這類的研制困難最大，但一旦成功,，作用也最大,，它可以反衛(wèi)星、反洲際彈道導(dǎo)彈,，成為最先進(jìn)的防御武器,。

激光怎樣擊毀目標(biāo)呢？科學(xué)家們認(rèn)為有兩個(gè)方面：一是穿孔,，二是層裂,。所謂穿孔，就是高功率密度的激光束使靶材表面急劇熔化,，進(jìn)而汽化蒸發(fā),，汽化物質(zhì)向外噴射，反沖力形成沖擊波,，在靶材上穿一個(gè)孔,。所謂層裂，就是靶材表面吸收激光能量后,，原子被電離,，形成等離體“云”?！霸啤毕蛲馀蛎泧娚湫纬蓱?yīng)力波向深處傳播,。應(yīng)力波的反射造成靶材被拉斷，形成“層裂”破壞,。除此以外,，等離子體“云”還能輻射紫外線或X光，破壞目標(biāo)結(jié)構(gòu)和電子元件,。激光武器作用的面積很小,，但破壞在目標(biāo)的關(guān)鍵部位上,，可造成目標(biāo)的毀滅性破壞。這和驚天動(dòng)地的核武器相比,，完全是兩種風(fēng)格,。

激光武器的分類：不同功率密度，不同輸出波形,，不同波長(zhǎng)的激光,，在與不同目標(biāo)材料相互作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的殺傷破壞效應(yīng),。用激光作為“死光”武器,，不能像在激光加工中那樣借助于透鏡聚焦，而必須大大提高激光器的輸出功率,，作戰(zhàn)時(shí)可根據(jù)不同的需要選擇適當(dāng)?shù)募す馄鳌?013年時(shí),，激光器的種類繁多，名稱各異,，有體積整整占據(jù)一幢大樓,、功率為上萬(wàn)億瓦、用于引發(fā)核聚變的激光器,，也有比人的指甲還小,、輸出功率僅有幾毫瓦、用于光電通信的半導(dǎo)體激光器,。按工作介質(zhì)區(qū)分,，目前有固體激光器、液體激光器和分子型,、離子型,、準(zhǔn)分子型的氣體激光器等。同時(shí),，按其發(fā)射位置可分為天基,、陸基、艦載,、車載和機(jī)載等類型,，按其用途還可分為戰(zhàn)術(shù)型和戰(zhàn)略型兩類。

1．戰(zhàn)術(shù)激光武器

戰(zhàn)術(shù)激光武器是利用激光作為能量,，是像常規(guī)武器那樣直接殺傷敵方人員,、擊毀坦克、飛機(jī)等,，打擊距離一般可達(dá)20公里,。這種武器的主要代表有激光槍和激光炮，它們能夠發(fā)出很強(qiáng)的激光束來(lái)打擊敵人,。1978年3月,，世界上的第一支激光槍在美國(guó)誕生。激光槍的樣式與普通步槍沒(méi)有太大區(qū)別,，主要由四大部分組成：激光器,、激勵(lì)器、擊發(fā)器和槍托,。2013年,，國(guó)外已有一種紅寶石袖珍式激光槍，外形和大小與美國(guó)的派克鋼筆相當(dāng),。但它能在距人幾米之外燒毀衣服,、燒穿皮肉，且無(wú)聲響,，在不知不覺(jué)中致人死命,，并可在一定的距離內(nèi)，使火藥爆炸,，使夜視儀,、紅外或激光測(cè)距儀等光電設(shè)備失效。還有7種稍大重量與機(jī)槍相仿的小巧激光槍,，能擊穿銅盔,，在1500米的距離上燒傷皮肉、致瞎眼睛等,。戰(zhàn)術(shù)激光武器的"挖眼術(shù)"不但能造成飛機(jī)失控,、機(jī)毀人亡，或使炮手喪失戰(zhàn)斗能力,，而且由于參戰(zhàn)士兵不知對(duì)方激光武器會(huì)在何時(shí)何地出現(xiàn),，常常受到沉重的心理壓力。因此,，激光武器又具有常規(guī)武器所不具備的威懾作用,。1982年英阿馬島戰(zhàn)爭(zhēng)中，英國(guó)在航空母艦和各類護(hù)衛(wèi)艦上就安裝有激光致盲武器,，曾使阿根廷的多架飛機(jī)失控,、墜毀或誤入英軍的射擊火網(wǎng)。

2．戰(zhàn)略激光武器

戰(zhàn)略激光武器可攻擊數(shù)千公里之外的洲際導(dǎo)彈,；可攻擊太空中的偵察衛(wèi)星和通信衛(wèi)星等,。例如，1975年11月,，美國(guó)的兩顆監(jiān)視導(dǎo)彈發(fā)射井的偵察衛(wèi)星在飛抵西伯利亞上空時(shí),，被前蘇聯(lián)的“反衛(wèi)星”陸基激光武器擊中，并變成“瞎子”,。因此,，高基高能激光武器是奪取宇宙空間優(yōu)勢(shì)的理想武器之一,，也是軍事大國(guó)不惜耗費(fèi)巨資進(jìn)行激烈爭(zhēng)奪的根本原因。據(jù)外刊透露,，自70年代以來(lái),，美俄兩國(guó)都分別以多種名義進(jìn)行了數(shù)十次反衛(wèi)星激光武器的試驗(yàn)。2013年,，反戰(zhàn)略導(dǎo)彈激光武器的研制種類有化學(xué)激光器,、準(zhǔn)分子激光器、自由電子激光器和調(diào)射線激光器,。例如：自由電子激光器具有輸出功率大,、光束質(zhì)量好、轉(zhuǎn)換效率高,、可調(diào)范圍寬等優(yōu)點(diǎn),。但是，自由電子激光器體積龐大,，只適宜安裝在地面上,，供陸基激光武器使用。作戰(zhàn)時(shí),，強(qiáng)激光束首先射到處于空間高軌道上的中斷反射鏡,。中斷反射鏡將激光束反射到處于低軌道的作戰(zhàn)反射鏡，作戰(zhàn)反射鏡再使激光束瞄準(zhǔn)目標(biāo),，實(shí)施攻擊,。通過(guò)這樣的兩次反射，設(shè)置在地面的自由電子激光武器,，就可攻擊從世界上任何地方發(fā)射的戰(zhàn)略導(dǎo)彈,。高基高能激光武器是高能激光武器與航天器相結(jié)合的產(chǎn)物。當(dāng)這種激光器沿著空間軌道游弋時(shí),，一旦發(fā)現(xiàn)對(duì)方目標(biāo),，即可投入戰(zhàn)斗。由于它部署在宇宙空間,，居高臨下,，視野廣闊，更是如虎添翼,。在實(shí)際戰(zhàn)斗中,，可用它對(duì)對(duì)方的空中目標(biāo)實(shí)施閃電般的攻擊，以摧毀對(duì)方的偵察衛(wèi)星,、預(yù)警衛(wèi)星,、通信衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星，甚至能將對(duì)方的洲際導(dǎo)彈摧毀在助推的上升階段,。

3．激光動(dòng)力推進(jìn)器

既然太陽(yáng)不足以推動(dòng)恒星際太空飛船,，于是有科學(xué)家提出了激光動(dòng)力推進(jìn)器技術(shù)，利用一束強(qiáng)大的激光讓物體飛行,。

激光雷達(dá)（laser radar）是指用激光器作為輻射源的雷達(dá),。激光雷達(dá)是激光技術(shù)與雷達(dá)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,。由發(fā)射機(jī),、天線、接收機(jī),、跟蹤架及信息處理等部分組成,。發(fā)射機(jī)是各種形式的激光器，如二氧化碳激光器,、摻釹釔鋁石榴石激光器,、半導(dǎo)體激光器及波長(zhǎng)可調(diào)諧的固體激光器等；天線是光學(xué)望遠(yuǎn)鏡,；接收機(jī)采用各種形式的光電探測(cè)器,，如光電倍增管、半導(dǎo)體光電二極管,、雪崩光電二極管,、紅外和可見(jiàn)光多元探測(cè)器件等。激光雷達(dá)采用脈沖或連續(xù)波2種工作方式,，探測(cè)方法分直接探測(cè)與外差探測(cè),。

通信

激光通信，是激光在大氣空間傳輸?shù)囊环N通信方式,。激光大氣通信的發(fā)送設(shè)備主要由激光器（光源）,、光調(diào)制器、光學(xué)發(fā)射天線（透鏡）等組成,；接收設(shè)備主要由光學(xué)接收天線,、光檢測(cè)器等組成。

信息發(fā)送時(shí),，先轉(zhuǎn)換成電信號(hào),，再由光調(diào)制器將其調(diào)制在激光器產(chǎn)生的激光束上，經(jīng)光學(xué)天線發(fā)射出去,。信息接收時(shí),，光學(xué)接收天線將接收到的光信號(hào)聚焦后，送至光檢測(cè)器恢復(fù)成電信號(hào),，再還原為信息,。大氣激光通信的容量大、保密性好，不受電磁干擾,。但激光在大氣中傳輸時(shí)受雨,、霧、雪,、霜等影響,，衰耗要增大，故一般用于邊防,、海島,、跨越江河等近距離通信，以及大氣層外的衛(wèi)星間通信和深空通信,。

早期的激光大氣通信所用光源多數(shù)為二氧化碳激光器、氦－氖激光器等,。二氧化碳激光器輸出激光波長(zhǎng)為10.6微米,，此波長(zhǎng)正好處在大氣信道傳輸?shù)牡蛽p耗窗口，是較為理想的通信光源,。從70年代末到80年代中期,，由于在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上難以解決好全天候、高機(jī)動(dòng)性,、高靈活性,、穩(wěn)定性等問(wèn)題，激光大氣通信的研究陷入低潮,。

1988年,，巴西宣布研制成功一種便攜式半導(dǎo)體激光大氣通信系統(tǒng)。這種通過(guò)激光器聯(lián)通線路的軍用紅外通信裝置,，其外形如同一架雙筒望遠(yuǎn)鏡,，在上面安裝了激光二極管和麥克風(fēng)。使用時(shí),，一方將雙筒鏡對(duì)準(zhǔn)另一方即可實(shí)現(xiàn)通信,，通信距離為1千米，如果將光學(xué)天線固定下來(lái),，通信距離可達(dá)15千米,。1989年，美國(guó)成功地研制出一種短距離,、隱蔽式的大氣激光通信系統(tǒng),。1990年，美國(guó)試驗(yàn)了適用于特種戰(zhàn)爭(zhēng)和低強(qiáng)度戰(zhàn)爭(zhēng)需要的紫外光波通信,，這種通信系統(tǒng)完全符合戰(zhàn)術(shù)任務(wù)的要求,，通信距離為2~5千米,；如果對(duì)光束進(jìn)行適當(dāng)處理，通信距離可達(dá)5~10千米,。

90年代初,，俄羅斯研制成功了大功率半導(dǎo)體激光器，并開始了激光大氣通信系統(tǒng)技術(shù)的實(shí)用化研究,。不久便推出了10千米以內(nèi)的半導(dǎo)體激光大氣通信系統(tǒng)并在莫斯科,、瓦洛涅什、圖拉等城市應(yīng)用,。在瓦涅什河兩岸相距4千米的兩個(gè)電站之間,，架設(shè)起了半導(dǎo)體激光大氣通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)可同時(shí)傳輸8路數(shù)字電話,。在距離瓦洛涅什城約200千米以及在距莫斯科不遠(yuǎn)的地方,，也開通了半導(dǎo)體激光大氣通信系統(tǒng)線路。

隨著半導(dǎo)體激光器的不斷成熟,、光學(xué)天線制作技術(shù)的不斷完善、信號(hào)壓縮編碼等技術(shù)的合理使用,，激光大氣通信正重新煥發(fā)出生機(jī),。

激光測(cè)速

激光測(cè)速是對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行兩次有特定時(shí)間間隔的激光測(cè)距，取得在該一時(shí)段內(nèi)被測(cè)物體的移動(dòng)距離,，從而得到該被測(cè)物體的移動(dòng)速度,。因此，激光測(cè)速具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1,、由于該激光光束基本為射線,，估測(cè)速距離相對(duì)于雷達(dá)測(cè)速有效距離遠(yuǎn)，可測(cè)1000M外,；

2,、測(cè)速精度高，誤差<1公里,；

3,、鑒于激光測(cè)速的原理，激光光束必須要瞄準(zhǔn)垂直與激光光束的平面反射點(diǎn),，又由于被測(cè)車輛距離太遠(yuǎn),、且處于移動(dòng)狀態(tài)，或者車體平面不大,，而導(dǎo)致激光測(cè)速成功率低,、難度大，特別是執(zhí)勤警員的工作強(qiáng)度很大,、很易疲勞,；

4、鑒于激光測(cè)速的原理，激光測(cè)速器不可能具備在運(yùn)動(dòng)中使用,，只能在靜止?fàn)顟B(tài)下應(yīng)用,；因此，激光測(cè)速儀不能稱之為“流動(dòng)電子警察”,。在靜止?fàn)顟B(tài)下使用時(shí),，司機(jī)很容易發(fā)現(xiàn)有檢測(cè)，因此達(dá)不到預(yù)期目的,；

5,、價(jià)格昂貴，2013年經(jīng)過(guò)正規(guī)途徑進(jìn)口的激光測(cè)速儀（不含取景和控制部分）價(jià)格至少在一萬(wàn)美金左右,。

工業(yè)

激光在工業(yè)上,，也應(yīng)用極為廣泛，因?yàn)榧す庠诩す馐劢乖诓牧媳砻娴臅r(shí)候能夠使材料熔化,，使激光束與材料沿一定軌跡作相對(duì)運(yùn)動(dòng),從而形成一定形狀的切縫,。七十年代后,為了改善和提高火焰切割的切口質(zhì)量,又推廣了氧乙烷精密火焰切割和等離子切割。在工業(yè)生產(chǎn)中有一定的適用范圍,。

激光玻璃

激光玻璃是一種以玻璃為基質(zhì)的固體激光材料,。它廣泛應(yīng)用于各類型固體激光光器中，并成為高功率和高能量激光器的主要激光材料,。

激光玻璃由基質(zhì)玻璃和激活離子兩部分組成,。激光玻璃各種物理化學(xué)性質(zhì)主要由基質(zhì)玻璃決定，而它的光譜性質(zhì)則主要由激活離子決定,。但是基質(zhì)玻璃與激活離子彼此間互相作用,，所以激活離子對(duì)激光玻璃的物理化學(xué)性質(zhì)有一定的影響，而基質(zhì)玻璃對(duì)它的光譜性質(zhì)的影響有時(shí)還是相當(dāng)重要的,。

激光冷卻

激光冷卻（laser cooling）利用激光和原子的相互作用減速原子運(yùn)動(dòng)以獲得超低溫原子的高新技術(shù),。這一重要技術(shù)早期的主要目的是為了精確測(cè)量各種原子參數(shù)，用于高分辨率激光光譜和超高精度的量子頻標(biāo)（原子鐘）,，后來(lái)卻成為實(shí)現(xiàn)原子玻色-愛(ài)因斯坦凝聚的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)方法,。激光冷卻有許多應(yīng)用，如：原子光學(xué),、原子刻蝕,、原子鐘、光學(xué)晶格,、光鑷子,、玻色-愛(ài)因斯坦凝聚、原子激光,、高分辨率光譜以及光和物質(zhì)的相互作用的基礎(chǔ)研究等等,。

激光光譜

光譜（laser spectra）以激光為光源的光譜技術(shù),。與普通光源相比，激光光源具有單色性好,、亮度高,、方向性強(qiáng)和相干性強(qiáng)等特點(diǎn)，是用來(lái)研究光與物質(zhì)的相互作用,，從而辨認(rèn)物質(zhì)及其所在體系的結(jié)構(gòu),、組成、狀態(tài)及其變化的理想光源,。激光的出現(xiàn)使原有的光譜技術(shù)在靈敏度和分辨率方面得到很大的改善,。由于已能獲得強(qiáng)度極高、脈沖寬度極窄的激光,，對(duì)多光子過(guò)程,、非線性光化學(xué)過(guò)程以及分子被激發(fā)后的弛豫過(guò)程的觀察成為可能，并分別發(fā)展成為新的光譜技術(shù),。激光光譜學(xué)已成為與物理學(xué),、化學(xué)、生物學(xué)及材料科學(xué)等密切相關(guān)的研究領(lǐng)域,。

激光傳感器

激光傳感器（laser transducer）利用激光技術(shù)進(jìn)行測(cè)量的傳感器,。它由激光器、激光檢測(cè)器和測(cè)量電路組成,。激光傳感器是新型測(cè)量?jī)x表，它的優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸遠(yuǎn)距離測(cè)量,，速度快,，精度高，量程大,，抗光,、電干擾能力強(qiáng)等。激光是最準(zhǔn)的尺,。

激光測(cè)云儀

利用激光在大氣層中的衰減來(lái)判斷云層,。具體的是當(dāng)激光在大氣層中傳越時(shí)，由于發(fā)射的能量與接收的能量之間有能量差,，利用能量的衰減度與云層的水分子的含量多少來(lái)判斷云層結(jié)構(gòu)和距離的儀器,。

核聚變

我國(guó)著名物理學(xué)家王淦昌院士1964年就提出了激光核聚變的初步理論，從而使我國(guó)在這一領(lǐng)域的科研工作走在當(dāng)時(shí)世界各國(guó)的前列,。1974年,，我國(guó)采用一路激光驅(qū)動(dòng)聚氘乙烯靶發(fā)生核反應(yīng)，并觀察到氘氘反應(yīng)產(chǎn)生的中子,。此外,，著名理論物理學(xué)家于敏院士在20世紀(jì)70年代中期就提出了激光通過(guò)入射口,、打進(jìn)重金屬外殼包圍的空腔、以X光輻射驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)激光核聚變的概念,。1986年,，我國(guó)激光核聚變實(shí)驗(yàn)裝置“神光”研制成功，聶榮臻元帥還專門寫信祝賀,。