鐳射是20世紀以來繼核能、電腦、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」。1960年的5月16日，美國物理學家梅曼發明了世界首臺鐳射器。人類第一次有了如此單色性好、高準直、高能量密度的神奇光源。自1960年第一臺鐳射器發明以來，鐳射已經在通訊、醫療、工業生產、軍事武器等領域有著廣泛應用，成為了一種跨學科的通用技術，對諸多領域的研究產生了巨大作用，也促進了社會生產效率的提高。那麼，究竟什麼是鐳射？它又是如何產生的呢？

什麼是鐳射？

鐳射（英文名：laser）是「Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation」的縮寫，意為由受激輻射引起的光放大。1964年，當這個技術傳到中國時，錢學森先生為它定了這個名字。在民間它還有一個頗為霸氣的譯音名字「鐳射」。在了解鐳射之前，我們先來看看什麼是光？

光是由光子產生的，1905年，愛因斯坦在他關於光電效應的論文中首先提到光子的概念。光子是組成物質的基本粒子之一。光子非常小，靜止時沒有質量。根據量子力學的原理，當電子從勢能較高的外層跌入勢能較低的內層時，相應的原子核會釋放出光子，從而產生光。跌落的層數越多，光子的能量越大。這一過程是可逆的，當光子射入時，原子核會吸入光子，而電子則因為獲得了能量，從勢能較低的內層遷移到勢能較高的外層。

🔺光的吸收與產生

鐳射的特點在於它所有的光子都以同樣的波長、同樣的相位一起運動。在一個原子體系中，電子基本上是分層運動的，當原子會受到外界環境的影響，高能級電子躍遷到低能級時會有「自發輻射」和「受激輻射」這兩種表現。鐳射就是通過受激輻射產生的，簡單來說鐳射就是在特定的「泵浦源」的作用下，物體的原子被「激發」出來的「光輻射」。

什麼是鐳射器？

鐳射器是鐳射的發生裝置，主要由泵浦源、增益介質、諧振腔等組成。泵浦源為鐳射器的激發源，它將能量提供給低能級的電子，使其激發為高能級的電子，常見的有光學激勵、氣體放電激勵、化學激勵、核能激勵等；諧振腔為泵浦光源與增益介質之間的迴路，通常是由具有一定幾何形狀和光學反射特性的兩塊反射鏡按特定的方式組合而成，使受激發的光在腔內多次往返以形成相干的持續振盪得到放大，並限制光束的頻率和方向；增益介質則是指可將光放大的工作媒介。

🔺鐳射器的組成

自1917年愛因斯坦提出受激輻射以來，科學家們歷經了43年的不懈探索，才終於在1960年製造出了世界上第一臺鐳射器。來自美國加利福尼亞州休斯實驗室的科學家梅曼利用一個高強閃光燈管，來照射紅寶石，使紅寶石中的鉻原子受到激發，發出一種紅光。在一塊表面鍍上反光鏡的紅寶石的表面鑽一個孔，使紅光可以從這個孔溢出，從而產生一條相當集中的纖細紅色光柱，當它射向某一點時，可使其達到比太陽表面還高的溫度。於是世界上第一臺鐳射器——紅寶石鐳射器問世了，它的波長為0.6943微米，這是人類有史以來獲得的第一束鐳射。

🔺梅曼和紅寶石鐳射器

鐳射在各個領域的應用

01

醫療領域

飛秒鐳射是一種以脈衝形式發射的鐳射，持續時間只有幾個飛秒（1飛秒=千萬億分之一秒），是人類在實驗條件下所能獲得的最短脈衝。飛秒鐳射被用於眼科手術，被譽為繼波前像差技術之後「屈光手術的又一次革命」。

🔺飛秒鐳射治療近視

鐳射還能用來美容，通過將特定波長的鐳射光束透過表皮和真皮層，破壞色素細胞和色素顆粒，碎片經由體內的巨噬細胞處理吸收，達到安全不留疤痕，高效地實現美白的目的。

02

軍事領域

鐳射在科技、軍事上的應用也有很多。如鐳射光譜、鐳射雷達、鐳射武器(遠端擊毀導彈)等等。鐳射武器具有攻擊速度快、轉向靈活、可實現精確打擊、不受電磁干擾等優點，但也存在易受天氣和環境影響等弱點。目前，低能鐳射武器已經投入使用，主要用於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型觀測設備；高能鐳射武器主要採用化學鐳射器。

🔺軍用鐳射制導

另外，早在我國引用飛秒鐳射之前，英美等發達國家早已在海軍陸戰隊和戰機飛行員中開展飛秒制瓣的鐳射手術，那些特種士兵優先接受這種手術，不僅能提高夜視力，還能使成像能力更加精細。

參考文獻

[1]https://mp.weixin.qq.com/s/BHlP-T-i9i2o-Zp23o-W3g

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[4]https://mp.weixin.qq.com/s/HFUrAikjaMiWaj_DXJz1lg