激光的高超本领

第二节　激光的高超本领

科学的每一项巨大成就，都是以大胆的幻想为出发点的。

——杜威（美国）

由于激光的奇异特性，从工业到医学，从电话通信到战争武器，激光正在解决一个接一个的问题。激光是人类发明中应用最多的工具之一。激光大范围地改变了科技、产业和战略面貌，在新世纪里，激光这种新型的光，必将更加灿烂辉煌！

（一）工业的能工巧匠

图12-5　用激光在碳钢上打的孔

（1）激光切割和打孔技术

激光切割技术与其他切割技术相比具有很多优点，例如切割窄、节省材料、工件变形小、能切割易碎材料和极软极硬材料等。如对最硬的物质——金刚石进行打孔，用激光对陶瓷等易碎物质进行加工，既快又安全。

此外，激光能在集成电路芯片上刻出极其微小的点和画出极其微小的线路。

（2）激光焊接技术和表面改性技术

激光焊接是用激光束照射被焊的材料使其局部熔化并合成一个整体的方法。作为一种新型的方法，它有很多优点，它可以高速焊接复杂的东西；可以轻而易举地把不同的材料，如金属和非金属材料焊接在一起；可以焊接直径只有几微米的金属丝，还可以进行遥控操作，容易实现自动化。

将激光照射到材料的表面，会使材料表面发生许多变化，因而可以用来改善材料表面的性能，这种技术称为激光表面改性。激光的材料表面改性技术是材料领域的一个研究热点。用激光对金属表面进行热处理，比常用的方式都优越，这种方法速度快、变形小、硬度均匀、硬化深度可精确控制。如用激光对金属表面进行热处理后，能在金属表面产生一层厚度几微米、类似于玻璃状的结构，使金属材料获得良好的防腐性。

（3）激光测量和检测

激光器的问世，给新的计量标准带来活力。长度L的定义可由时间t通过公式L＝ct导出（c为光在真空中传播速度）。用波频段确定波不受光学元件影响，使波长测量精度大大提高。

利用激光干涉法、衍射法、三角测量法等，可以对长度、流速、转速等物理量进行精密测量。其精度高、量程大、测时短，远优于其他测量技术，是目前最准确的测距技术。激光还可以对颗粒型空气污染和气体型空气污染进行测定和控制。

（二）生物和医学的得力助手

（1）激光生物技术

激光在生物上的应用主要包括激光育种、水产养殖、品种改良等方面。用适当剂量的激光照射种子的发芽点，能引起作物的性状改变，增加收成。例如可使大豆的产量提高25%以上。

在水产养殖中，用激光照射可消灭害虫、杂草，增强光合作用，育藻增氧，代替激素进行人工繁殖，促进机体发育，提高产量。用激光技术对珍珠完成自身植株，可提高珍珠贝利用率，且可插殖出各异型珍珠，增加新品种。

光波波段的X射线可用来进行生命活细胞的全息照相，由此可以得到细胞内部的立体“照片”。

用激光改良果树，可增加收成和提高水果的品质。

（2）激光医疗

医疗领域，激光主要用于诊断、医疗和手术等几个方面。在外科手术中它可代替手术刀使用，在眼科、牙科和美容等方面也有独到的应用。

激光手术刀在切割的同时也进行了灼烧，这恰好封闭血管防止出血，也减少了感染的危险。

图12-6　激光近视手术

激光对牙齿进行无痛钻孔和去蛀牙，不会对健康的牙组织产生影响，疼痛感大大减轻。激光在眼科的应用最令人叹为观止，它可以焊接脱开的视网膜，封闭破漏的血管，治疗时间很短，减少并发症，提高疗效，病人基本上无痛苦。激光对目前的人类顽症——癌症，也提供了有效的武器。一方面激光可以用作激光刀切割肿瘤，另一方面，在癌症的早期诊断上也卓有成效。现在人们可以利用光纤维所发射的激光，直接照在癌细胞上，再靠对光敏感的一种化学物质，杀死癌细胞。这种对光敏感的化学物质，会产生一种氧气，再由氧气杀死癌细胞。

图12-7　美国和以色列研制的移动战术高能激光武器

（三）战争中的神秘武器

激光技术能获得迅猛发展，一个重要原因也在于它在军事上有着极为广泛的用途。

目前，激光技术的军事应用研究主要有两个分支：一支是用激光测距、激光目标指示、激光跟踪等技术来武装现有的武器，如激光制导炸弹；另一分支是研究直接有杀伤力的强激光武器，或称激光热器。

（四）分离同位素和激光核聚变

（1）分离同位素

激光同位素分离技术是用某一特定波长的激光使某一种同位素电离，或把它激发到激发态进行反应，而其余同位素不被激发或电离，仍存留在原来的材料中，这么就达到分离的目的。激光还可以诱导原来不能发生化学反应的物质发生反应。

（2）激光核聚变

尽管人们在理论上对核聚变有了透彻的了解，但技术上仍困难重重。我们还无法对核聚变的过程进行有效的控制，目前人类对核聚变惟一的应用只是制造氢弹。核聚变是和平利用核能的第一个里程碑，核聚变的可控利用则是第二个里程碑。

专家们希望用强大的激光来激发可控的热核聚变，一旦实现，热核聚变将带来巨大的社会和经济效益。如，一桶水中的氢聚变后所产生的电力足够一个中等城市使用，既不需储存废料也不污染环境。激光核聚变将成为为我们开辟新能源的一个重要途径。

实现聚变反应至少要满足两个条件：①核燃料要吸收足够高的能量，达到点燃点。这个温度至少要达到2亿度，可见点燃能量是十分高的。②要有足够长的能量约束时间，使处于高温等离子态的每一原子核激烈碰撞，以致释放它所含的能量，这时的核燃料才真正点燃。激光引发核聚变就是利用高能激光束来引发核聚变反应。

进一步了解激光的应用，请登陆：

http://www.chinalaser.com.cn/cn/documents/

【思考题】

激光有哪些主要应用？