《人类科学技术史-414》激光器的发展及应用

继红宝石激光器的发明后，其他类型的激光器如雨后春笋般涌现出来，激光器的性能也不断提高。从1960年底起，激光被迅速地应用到科研、工业、农业、医疗、军事及生活等各个领域，成为新技术革命的一支生力军。

1.激光器的发展

1960年12月，贝尔实验室的贾万等人研制成功了氦氖激光器。它第一次获得了连续性的激光，而且证明了可以用放电方法产生激光，为激光器的发展开拓了多种渠道。自1960年起，在世界范围内掀起了研究激光的热潮。

首先是对激光工作介质进行普查。20多年中，研制出的激光器种类数以千计，但保留下来的性能良好又实用的只有几十种。1961年11月，美国的斯尼泽研制成功一种大功率脉冲器件——钕离子激光器。1964年4月，范尤特研制成钇铝石榴石激光器。它是唯一能在常温下连续工作并且有较大功率的固体激光器，应用范围很广。气体激光器也取得长足进展。1963年，贝尔实验室推出汞离子激光器；佩特尔研制成功大功率的二氧化碳激光器。1964年，氩离子激光器问世。50年代正是半导体物理学的研究热潮时期，所以半导体作为激光工作物质的可能性问题一直受到关注。1962年，美国的霍尔首先报道研制成砷化镓半导体激光器，但未能获得实际应用。1970年，贝尔实验室的林严雄等人研制成功异质砷化镓激光器，使半导体激光器发展到一个新阶段。1966年，美国的索洛金等人研制成氯化铝酞花菁液体染料激光器。

1967年，可见光的染料激光器开始出现，不久又有了可调式染料激光器。使用数种染料可在红光到紫光的可见光区域上得到激光振荡。1970年，巴索夫用高能电子激励液氙，制成第一台紫外受激准分子激光器。受激准分子激光器的输出波长在紫外或真空紫外区域，发射波长可调，是一种有前途的新激光体系。

此后，激光向长波(亚毫米、毫米波段）和短波(紫外真空、X射线、γ射线）两个方向发展。1980年，波长为几A的射线激光器研制成功。X射线激光的波长是普通激光波长的1／1000，而γ射线激光的波长为普通激光的1／1000000。这两种激光器的研究成功，将使人们看到原子和分子的三维立体图象，在科学和工业上获得广泛应用。

1977年，斯坦福大学的迪肯等人研制成功第一台自由电子激光器。它是以加速器中产生的高能电子束作为工作物质，输出波长可以通过改变电子能量来调谐，频率范围从红外到紫外，甚至可达X射线、γ射线。

为了提高激光器的性能，如产生脉宽极窄的超短脉冲激光和峰值功率极高的巨脉冲激光，调Q、腔倒空和锁模技术也发展起来。

中国激光技术发展起步较早。1961年9月，在长春研制成红宝石激光器，所用的泵浦源是直管式脉冲氙灯。此后，各类激光器迅速发展。1985年初，在上海研制成中国第一台自由电子激光器。据最新报道，1994年初，中国又试制成功X射线激光器。

激光从诞生至今，只有短短30多年时间，却产生了这么多种功能各异的激光器，发展之迅速，是以往其他技术所无法比拟。

2.激光技术的应用

激光与普通光源相比，具有高亮度、高单色性、高方向性、高相干性等优点。由于激光技术是建立在量子物理学和电子技术、光技术的雄厚基础上，所以从发明到应用进展神速，周期比以往任何新技术都要短。电话从发明到应用大约为50年，飞机为20年，晶体管缩短为3年，而激光仅为几个月。

1960年12月，氦氖激光器研制成功，第二天科学家们就将它用于电话信号的调制和传输。1960年，休斯实验室进行了激光测距实验。1961年，已制成了可操作的激光测距仪。1961年，美国三叉戟公司将红宝石激光射到碳板上将碳汽化，进行了首次激光钻孔实验。1962年，CO2激光器已用于切割和焊接；1965年用于集成电路焊接。1962年，CO2激光器用于金属表面冲击硬化，使工件表面硬化层很薄而硬度很高。同年，钇铝石榴石激光器用于工作表面的合金化，形成组织非常精细的合金层。

从70年代起，工业的许多方面实现了利用激光的常规生产。利用高单色性并且波长精确可调的激光，可以对同位素能级进行有选择的激发，达到分离同位素的目的。1970年，美国的迈耶利用化学反应法，用波长为2.7微米的激光进行浓缩氘的实验取得成功。1973年，以色列大学用两台可调谐染料激光器和CO2的激光器，采用选择性两步光致电离法24小时生产同位素铀－2357克，纯度为60％。1976年，美国利用红外-紫外激光离解六氟化铀，得到几毫克铀－235。1977年，原苏联用两步光致电离法实现了氘和氢的分离，浓度提高10倍以上。

利用激光方向性好、发散角小等特点，可以用于准直、测距和制导。1969年8月，美国用激光对月球测距成功，其误差仅±10厘米左右。激光制导系统由激光指示器和目标寻的器两部分组成。激光制导已在军事上应用。1968年，美国在侵越战争中就使用了激光制导炸弹。

激光可以作为精确测量长度和时间的自然基准。1974年，勃伦尼等人用CO2激光器测得光速为299792.459公里／秒。1983年10月，联合国度量衡组织决定把光在真空中的1/299792458秒所走的距离定为一标准"米"。

利用激光相干性好的特点，可以进行全息照相。全息照相原理是英籍匈牙利人伽伯1947年提出来的，并获得世界上第一张全息照片，但很模糊。1961年，美国的利思和阿伯特内克斯利用激光拍摄成功了第一张全息图。70年代以来，全息术迅猛发展，在照相显示、干涉测量、显微术以及信息存贮与处理等方面获得广泛应用。

在医学上，激光技术已有效地用于治疗多种疾病和改进病症的诊断水平。1961年，扎雷特等最早将激光用于眼科，"焊接"脱落的视网膜，获得成功。1964年，人们用激光成功进行了外科手术。1972年，美国、德国用CO2激光器做人体内脏手术、肿瘤切除、脏器修补。1977年，日本把激光用于脑外科手术。1978年，华盛顿研制的激光手术刀用于皮肤移植。中国在激光治疗眼病方面成绩卓著，并对激光针灸、激光照射穴位、经络测定方面作了大量研究工作。

激光武器的研究几乎与激光技术同步发展。60年代，激光武器试验在实验室内进行；70年代，进入靶场实验。1978年初，美国用氟化氘激光击落了4枚陶式反坦克导弹。1983年，美国安装在波音707喷气飞机上的激光武器，使一架A-7海盗式战斗轰炸机向它发射的5枚响尾蛇导弹失灵。这是机载激光器第一次成功地使空对空导弹失去效力。1987年9月，在白沙导弹靶场用氟氘化学激光器击落了一架模拟巡航导弹飞行的"火烽"靶机，这次实验接近于实战。此外，激光致盲武器也被研制出来。现在激光武器还处在可行性研究阶段。

激光在农业上可用来育种，作物生长期辐射处理和杀虫，并已取得了显著成效，而且有巨大的潜力和广阔的前景。

激光的另外两个重要用途是光通信和激光核聚变。对这两方面本书在其他章节叙述。随着激光技术的不断进步，它的应用前景将更加广阔，必将为人类做出更多的贡献。