神奇的激光教材

神奇的激光

—激光應(yīng)用簡介郭笑天xiaoaosky@

電話riday,June28,20241激光（LASER）

Lightamplificationbystimulatedemissionofradiation在我國曾被翻譯成“萊塞”、“光激射器”、“光受激輻射放大器”等。1964年，錢學(xué)森院士提議取名為“激光”，既反映了“受激輻射”的科學(xué)內(nèi)涵，又表明它是一種很強(qiáng)烈的新光源，貼切、傳神而又簡潔，得到我國科學(xué)界的一致認(rèn)同并沿用至今。一、激光發(fā)展簡史二、激光的特點(diǎn)三、激光基本原理四、激光器分類五、激光的應(yīng)用1960年7月，世界第一臺(tái)紅寶石固態(tài)激光器問世，標(biāo)志了激光技術(shù)的誕生。同年He－NeLaser出光（貝爾實(shí)驗(yàn)室Javer）一、激光發(fā)展簡史美國休斯公司實(shí)驗(yàn)室梅曼演示的波長為694.3nm的激光1963年建立了激光的半經(jīng)典理論對(duì)激光的頻率特性和功率特性進(jìn)行了比較完善的探討1964年研制成了氬離子（Ar+）氣體激光器二氧化碳?xì)怏w激光器化學(xué)激光器（HF氟化氫）摻釹的釔鋁石榴石固體激光器1965年實(shí)現(xiàn)了鈮酸鋰光學(xué)參量振蕩器借助經(jīng)典理論預(yù)言了鎖模效應(yīng)的存在1966年研制成了固體鎖模激光器獲得了超短脈沖。1970年研制成了準(zhǔn)分子激光器。1977年研制成了紅外波段的自由電子激光器（FEL）1984年研制出光孤子激光器（SL）因?qū)す饧捌鋺?yīng)用的創(chuàng)造性貢獻(xiàn)而先后獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的科學(xué)家共有10位.C.H.TownesA.M.ProkhorovTheNobelPrizeinPhysics1964N.G.Basov1961年8月中國第一臺(tái)紅寶石激光器問世長春光學(xué)精密機(jī)械研究所1987年6月1012W大功率脈沖激光系統(tǒng)神光裝置在上海光學(xué)精密機(jī)械研究所研制成功神光I2008年神光II經(jīng)過全面驗(yàn)收神光III我國激光發(fā)展簡史神光II高功率激光實(shí)驗(yàn)裝置研制成功中國科學(xué)院院刊/html/Dir/2005/04/05/6955.htm神光II多功能高能激光系統(tǒng)研制項(xiàng)目通過驗(yàn)收

/html/Dir/2008/12/26/16/32/45.htm目前神光III研制成功，確實(shí)值得慶祝，它至少表明我國在高能激光的研究上又取得了重大進(jìn)步。但希望朋友們不要盲目樂觀，能夠保持清醒的頭腦。神光III不是武器系統(tǒng)，僅神光III占的面積就有幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場那么大。二、激光的特點(diǎn)1.單色性好2.方向性好3.相干度高4.能量集中1.單色性好單色性最好的氪燈Kr86Δ

=4.7×10-3nm

穩(wěn)頻He—Ne激光器

激光的單色性比普通光高倍.一束激光射到~38萬km的月球上，光斑的直徑只有~2km手電筒的光射到~m處，擴(kuò)展成很大的光斑。利用激光準(zhǔn)直儀可使長為2.5km的隧道掘進(jìn)偏差不超過16nm.1.方向性好（發(fā)散角～10-4弧度）3.相干性好空間相干性好，有的激光波面上各點(diǎn)幾乎都是相干光源時(shí)間相干性好（

～10-8埃），相干長度可達(dá)幾十公里4.能量集中-----脈沖瞬時(shí)功率大（可達(dá)～瓦）激光的顏色非常單純，且只向一個(gè)方向發(fā)光，亮度極高太陽表面的亮度比白熾燈大幾百倍。普通的激光器的輸出亮度，比太陽表面的亮度大10億倍。激光是當(dāng)今世界上高亮度的光源。激光的能量在空間上、在時(shí)間上高度集中光能量不僅在空間上高度集中，同時(shí)在時(shí)間上也可高度集中，因而可以在一瞬間產(chǎn)生出巨大的光和熱。在工業(yè)上，激光打孔、切割和焊接。醫(yī)學(xué)上視網(wǎng)膜凝結(jié)和進(jìn)行外科手術(shù)。在測繪方面，可以進(jìn)行地球到月球之間距離的測量和衛(wèi)星大地測量。在軍事領(lǐng)域，可以制成摧毀敵機(jī)和導(dǎo)彈的激光武器

三、激光原理1.產(chǎn)生激光的基本條件2.激光器的組成

1.產(chǎn)生激光的基本條件:

2

要使受激發(fā)射光強(qiáng)超過受激吸收,必須實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。方法:利用外界激勵(lì)能源,把大量粒子激勵(lì)到高能級(jí)。

破壞熱平衡,實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。

3.要使受激發(fā)射光強(qiáng)超過自發(fā)發(fā)射),必須提高光子簡并度。方法:利用光學(xué)諧振腔造成強(qiáng)輻射場,以提高腔內(nèi)光場的相干性。1.能在外界激勵(lì)能源的作用下形成粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)的增益介質(zhì)2.激光器的主要組成部分及其作用

(1)工作物質(zhì)(又稱激活媒質(zhì)或增益介質(zhì)):粒子有適當(dāng)能級(jí)結(jié)構(gòu),可實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)(2)激勵(lì)能源:抽運(yùn)(又叫泵浦),即把大量粒子激勵(lì)到激光上能級(jí)(高能級(jí))

(3)光學(xué)諧振腔:選模(提高即相干性),實(shí)現(xiàn)光學(xué)正反饋要有一個(gè)能使受激幅射和光放大過程持續(xù)的構(gòu)造：全反射鏡半反射鏡實(shí)物圖激光工作物質(zhì)激光工作物質(zhì)全反射鏡半反射鏡工作原理：out光放大原理四、激光器的分類按工作波段分類遠(yuǎn)紅外、紅外激光器可見光激光器紫外、真空紫外激光器X光激光器按運(yùn)轉(zhuǎn)方式分類連續(xù)激光器脈沖激光器超短脈沖激光器按工作物質(zhì)分類固體激光器氣體激光器液體激光器（染料）半導(dǎo)體激光器1.固體激光器固體激光器基本上都是由工作物質(zhì)、泵浦系統(tǒng)、諧振腔和冷卻、濾光系統(tǒng)構(gòu)成的。固體激光器激光脈沖特性一般的脈沖固體激光器產(chǎn)生的激光脈沖是由一連串不規(guī)則振蕩的短脈沖(或稱尖峰)組成的，各個(gè)短脈沖的持續(xù)時(shí)間約為(0.1

1)

m，各短脈沖之間的間隔約為(5

10)

s。泵浦光愈強(qiáng)，短脈沖數(shù)目愈多，其包絡(luò)峰值并不增加。固體激光器的主要工作介質(zhì)紅寶石晶體摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)釹玻璃圖5-1固體激光器的基本結(jié)構(gòu)示意圖2.氣體激光器氦-氖(He-Ne)激光器二氧化碳激光器Ar+離子激光器He-Ne激光器實(shí)物圖封離式激光器結(jié)構(gòu)示意圖分段石墨結(jié)構(gòu)激光器示意圖

激光器的結(jié)構(gòu)一般由放電管、諧振腔、軸向磁場和回氣管等幾部分組成。右圖為石墨放電管的分段結(jié)構(gòu)。3.液體激光器

最常見的液體激光器是以有機(jī)溶液為工作物質(zhì)的染料激光器。與大多數(shù)固體和氣體激光器經(jīng)長期努力而后發(fā)明形成對(duì)照的是，這種激光器的發(fā)明頗具偶然性。1962年，休斯公司實(shí)驗(yàn)室研究人員伍德布利（woodbury）等用液態(tài)硝基苯染料盒對(duì)紅寶石激光器進(jìn)行調(diào)q實(shí)驗(yàn)時(shí)，首次觀察到染料盒引起激光波長漂移的現(xiàn)象。4年以后，美國國際通用機(jī)器公司（IBM）的科學(xué)家皮特·索羅金（peter

solokin）和約翰·蘭卡德（john

lankard）發(fā)現(xiàn)了有機(jī)染料溶液產(chǎn)生激光的關(guān)鍵機(jī)制，染料激光器作為最主要的液體激光器，從此得到迅速發(fā)展。染料激光器特點(diǎn)工作波長可以調(diào)諧既可脈沖方式工作，亦可連續(xù)和鎖模方式工作鎖模工作時(shí)，在腔內(nèi)有色散光柵的情況下，已經(jīng)得到脈寬只有6飛秒的輸出，這是目前最窄的脈沖主要應(yīng)用于要求窄帶可調(diào)諧或超快光脈沖的場合4.半導(dǎo)體激光器GaAs激光器的結(jié)構(gòu)二戰(zhàn)后，半導(dǎo)體物理學(xué)的迅速發(fā)展及隨之而來的晶體管的發(fā)明，使科學(xué)家們?cè)O(shè)想發(fā)明半導(dǎo)體激光器。

1962年7月固體器件研究國際會(huì)議上，麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室的兩名學(xué)者Keyes和Quist報(bào)告了砷化鎵材料的光發(fā)射現(xiàn)象，這引起通用電氣研究實(shí)驗(yàn)室工程師Hall的極大興趣?；丶液蠹粗贫搜兄瓢雽?dǎo)體激光器的計(jì)劃，并與其他研究人員一道，經(jīng)數(shù)周奮斗獲得成功。半導(dǎo)體激光器也以材料的p-n結(jié)特性為基礎(chǔ)，且外觀亦與二極管類似，因此，半導(dǎo)體激光器常被稱為二極管激光器或激光二極管。早期的激光二極管有很多實(shí)際限制，例如，只能在77K低溫下以微秒脈沖工作。而足夠可靠的半導(dǎo)體激光器則直到70年代中期才出現(xiàn)。

半導(dǎo)體激光器體積非常小，最小的只有米粒那樣大。工作波長依賴于激光材料，一般為0.6～1.55微米，由于多種應(yīng)用的需要，更短波長的器件在發(fā)展中。

除以上外，還有準(zhǔn)分子激光器、自由電子激光器、化學(xué)激光器。五、激光的應(yīng)用

40多年來，激光技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展迅猛，已與多個(gè)學(xué)科相結(jié)合形成多個(gè)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，比如光電技術(shù)，激光醫(yī)療與光子生物學(xué)，激光加工技術(shù)，激光檢測與計(jì)量技術(shù)，激光全息技術(shù)，激光光譜分析技術(shù)，非線性光學(xué)，超快激光學(xué)，激光化學(xué)，量子光學(xué)，激光雷達(dá)，激光制導(dǎo)，激光分離同位素，激光可控核聚變，激光武器等等。這些交叉技術(shù)與新的學(xué)科的出現(xiàn)，大大地推動(dòng)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。1.激光軍事應(yīng)用2.激光加工技術(shù)3.激光在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用4.激光在科技前沿問題中的應(yīng)用1.激光軍事應(yīng)用

激光在軍事上的應(yīng)用涉及到了雷達(dá)、測距、定向能武器、導(dǎo)彈、航空航天、電子對(duì)抗等方面。除軍事應(yīng)用外，這些技術(shù)也能同樣應(yīng)用于民用。

1.1、激光武器

由于強(qiáng)激光束具有很強(qiáng)的燒蝕作用，因而可以破壞制導(dǎo)系統(tǒng)、引爆彈頭和毀壞殼體、攔擊制導(dǎo)炸彈、炮彈、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、飛機(jī)、巡航導(dǎo)彈和破壞雷達(dá)、通信系統(tǒng)等。激光武器的威力強(qiáng)大，命中率極高，是真正意義上的“殺手锏”。目前美國已研制出機(jī)載（ABL）和車載激光武器。當(dāng)激光能量不高時(shí)，主要使敵方人員致盲和使某些光電測量儀器的光敏元件受到破壞甚至失效，或可用來在城市、森林大面積點(diǎn)火。美國雷神公司制造“百夫長”激光炮波音公司另外研發(fā)的一款可以安裝在悍馬車上的激光防空武器1.2、激光制導(dǎo)

激光制導(dǎo)具有投擲精度高、捕獲目標(biāo)靈活，導(dǎo)引頭成本低、抗干擾性能好、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。其主要制導(dǎo)方式有半主動(dòng)制導(dǎo)、主動(dòng)制導(dǎo)、波束制導(dǎo)。激光制導(dǎo)可同時(shí)攻擊多個(gè)來襲目標(biāo)，即把激光信號(hào)經(jīng)過編碼以數(shù)個(gè)指示器分別控制數(shù)枚導(dǎo)彈，打擊來襲目標(biāo)。著名的英－阿馬島戰(zhàn)爭中，英國就曾經(jīng)使用了激光武器對(duì)付阿方飛機(jī)，導(dǎo)致飛行員失明而機(jī)毀人亡。在反坦克、反潛艇中，激光致盲武器也有很大發(fā)展?jié)摿?，?duì)準(zhǔn)潛望鏡入口發(fā)射激光，就會(huì)把在用潛望鏡觀看外部情況的敵方人員的眼睛損傷，坦克和潛艇也就失去作戰(zhàn)能力。偵察衛(wèi)星靠裝在其中的各種光電傳感器偵察地面目標(biāo)，如果用激光束照射其中的光電傳感器也會(huì)使偵察衛(wèi)星變?yōu)?瞎子"。1.3、激光測距與激光雷達(dá)(Lidar)

激光測距與普通測距相比，具有遠(yuǎn)、準(zhǔn)、快、抗干擾、無盲區(qū)等優(yōu)點(diǎn)。激光測距在常規(guī)兵器中已廣泛應(yīng)用，正在逐步取代普通光學(xué)測距手段。

雷達(dá)分辨率與波長有關(guān)，波長越小，分辨率和精度越高。激光雷達(dá)在高精度和成像方面占有優(yōu)勢，其分辨率可達(dá)厘米甚至毫米級(jí)，比微波雷達(dá)高近100倍；測角速精度，理論上比微波雷達(dá)高一億倍以上，現(xiàn)在已做到高1000~10000倍。軍用激光雷達(dá)最成功的應(yīng)用是輔助導(dǎo)航，特別是速度計(jì)。激光速度計(jì)可給機(jī)載導(dǎo)航計(jì)算機(jī)提供超精度測量，其測速誤差可達(dá)0.5mm/s。激光雷達(dá)最適于遠(yuǎn)距離高分辨率成像。

90年代初林肯實(shí)驗(yàn)室改造“火池”激光雷達(dá)，成功的跟蹤800km外的再入飛行器誘餌的多普勒?qǐng)D像。隨后又研制了一臺(tái)Nd:YAG激光雷達(dá)，也精確跟蹤了火箭和衛(wèi)星。激光測距儀是激光在軍事上應(yīng)用的起點(diǎn)，將其應(yīng)用到火炮系統(tǒng)，大大提高了火炮射擊精度。激光雷達(dá)相比于無線電雷達(dá)，由于激光發(fā)散角小，方向性好，因此其測量精度大幅度提高。由于同樣的原因，激光雷達(dá)不存在"盲區(qū)"，因此尤其適宜于對(duì)導(dǎo)彈初始階段的跟蹤測量。但由于大氣的影響，激光雷達(dá)并不適宜在大范圍內(nèi)搜索，還只能作為無線電雷達(dá)的有力補(bǔ)足。1.4、激光陀螺

激光陀螺利用光的多普勒效應(yīng)來精確測量飛行器、艦船的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。相比普通機(jī)械陀螺，激光陀螺精度提高了上百倍，而且體積更小。激光陀螺廣泛應(yīng)用于導(dǎo)航、定位及航空航天中。1.5、激光偵察對(duì)抗

激光偵察在軍事上占有十分重要的地位。利用激光技術(shù)進(jìn)行多光譜攝影(全息攝影)，可以識(shí)別偽裝目標(biāo)。由于各種物體對(duì)各種光的吸收和反射能力不同，可以在底片上引起不同感光反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的偵察。海灣戰(zhàn)爭中，美國曾利用這一技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了伊拉克嚴(yán)密偽裝在樹林里的坦克和導(dǎo)彈發(fā)射架。

激光對(duì)抗可對(duì)激光測距進(jìn)行欺騙，使其無法測定其真實(shí)距離或使導(dǎo)彈改變彈道。激光對(duì)抗還可對(duì)激光進(jìn)行干擾。美國陸基戰(zhàn)略級(jí)激光反導(dǎo)反衛(wèi)武器機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)的原理圖(來源：武漢市科學(xué)技術(shù)局)

唐家山排險(xiǎn)三維圖立功頭號(hào)懸湖絕版“險(xiǎn)景”武漢繪中國武警士兵試用激光槍中國特種部隊(duì)培訓(xùn)如何使用小型激光設(shè)備激光加工技術(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)。目前使用的激光器有YAG激光器，激光器。

2.1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。2.激光加工技術(shù)2.2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。也用半導(dǎo)體泵浦激光器。2.3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。2.4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幾年前的400w提高到了800w至1000w。國內(nèi)目前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。也有一些準(zhǔn)分子激光器、同位素激光器和半導(dǎo)體泵浦激光器。2.5激光熱處理：廣泛應(yīng)用在汽車工業(yè)中，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。我國的激光熱處理應(yīng)用遠(yuǎn)比國外廣泛得多。2.6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)。2.7激光涂敷：

在航空航天、模具及機(jī)電行業(yè)應(yīng)用廣泛。2.8激光清洗：在很多領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，并且在汽車制造、半導(dǎo)體晶圓片清洗、精密零件加工制造、軍事裝備清洗、建筑物外墻清洗、文物保護(hù)、電路板清洗、精密零件加工制造、液晶顯示器清洗、口香糖殘跡去除等領(lǐng)域均可發(fā)揮重要作用。隨著激光器制作工藝的不斷改進(jìn)，特別是激光的傳導(dǎo)輸出方式和它有效的輸出功率，使醫(yī)生的夢想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。低功率激光治療不再局限于體表的照射，光針穴位照射和血管內(nèi)照射在臨床已很多。高功率的激光手術(shù)刀，由表面的切割氣化進(jìn)入內(nèi)窺鏡手術(shù)，使病員免受常規(guī)手術(shù)的痛苦；激光光敏診斷及光動(dòng)力學(xué)治療為腫瘤的診治開辟了新的途徑；激光角膜成形術(shù)、激光血管成形術(shù)、激光心肌打孔術(shù)成為當(dāng)前重要的應(yīng)用課題；中紅外激光的醫(yī)學(xué)應(yīng)用，以及用X波段光的來揭示人類生命奧秘，高速定序DNA分子結(jié)構(gòu),將掀起一場體視和顯微成像的革命。另外,激光美容也給愛美之士提供了新的選擇!光子嫩膚,激光祛斑………3.激光在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用3.1.激光在外科中的應(yīng)用利用高功率激光開展激光手術(shù),包括切割、汽化、貫通組織、燒灼止血、凝固封閉血管和吻合焊接神經(jīng)、血管等.利用低功率激光照射產(chǎn)生的生物刺激作用治療各種炎癥和促進(jìn)創(chuàng)口的愈合;通過光導(dǎo)纖維將激光送入消化道、膽道、尿道和腹腔內(nèi)進(jìn)行各種治療.3.2.激光在皮膚科中的應(yīng)用我國應(yīng)用激光治療皮膚病已有30余年,由于體表組織淺顯,易于觀察、操作和便于對(duì)照、研究,而且療效很好,激光在皮膚病的治療中占有突出的地位.皮膚科常用的激光有Nd:YAG激光、

激光、He-Ne激光和氬激光.目前,激光可用于治療數(shù)十類百余種皮膚病,如:疣與疣狀痣及其它皮膚贅生物、血管瘤及黑色素性皮膚病、皮脂腺囊腫、汗管瘤和皮膚潰瘍等.3.3激光在婦產(chǎn)科的臨床應(yīng)用20多年來,國內(nèi)已將

激光用來治療多種宮頸疾病,如宮頸炎、宮頸息肉和宮頸瘤等,還將低功率氦氖激光用于穴位照射治療痛經(jīng)、輸卵管炎性不孕癥和矯正胎位.3.4激光在眼科中的應(yīng)用已知激光視網(wǎng)膜剝離凝固術(shù)(1961年)是開激光醫(yī)學(xué)的先河.目前,在眼科領(lǐng)域中,國內(nèi)各級(jí)醫(yī)院也廣泛利用高能激光手術(shù)治療視網(wǎng)膜剝離、切割虹膜和治療青光眼等,利用低能激光照射穴位治療假性近視等各種眼病.打激光，紅光所在點(diǎn)為對(duì)焦（準(zhǔn)分子激光是紅外光）3.5激光在耳鼻喉科中的應(yīng)用目前,國內(nèi)已將激光用于治療多種耳鼻喉科疾病.如采用高功率激光施行耳鼻喉科手術(shù),或用低功率激光局部或穴位照射治療急、慢性炎癥.咽鼓管功能障礙,導(dǎo)致中耳積液,對(duì)其治療有多種方法,但傳統(tǒng)的方法有時(shí)往往難以立即奏效,療程又長,而激光方法的應(yīng)用開辟了一條新的治療途徑,并取得良好的效果.采用激光治療喉部良性病變具有汽化和凝固效果好、易被組織吸收、穿透深度淺、對(duì)周圍組織損傷小、手術(shù)時(shí)間短、具有多種治療模式選擇等優(yōu)點(diǎn),具有獨(dú)特的臨床治療特點(diǎn),已在喉部乳頭狀瘤、聲帶小結(jié)、聲帶息肉、聲帶白斑等喉部良性病變治療中廣泛采用.

3.6激光在內(nèi)、兒科中的應(yīng)用國內(nèi)學(xué)者主要采用低功率激光局部或穴位照射產(chǎn)生的生物刺激效應(yīng)治療高血壓、支氣管哮喘、神經(jīng)痛和嬰幼兒腹瀉等疾病,有些大醫(yī)院還用經(jīng)光纖傳輸?shù)母吣芗す獯蛲▌?dòng)脈粥樣硬化所致的閉塞血管.激光照射穴位是以低強(qiáng)度激光束直接或聚焦照射穴位代替?zhèn)鹘y(tǒng)的針刺,使局部組織的分子、原子吸收能量后,刺激穴位處的神經(jīng),使之產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng),經(jīng)過神經(jīng)、神經(jīng)——體液、經(jīng)絡(luò)等途徑調(diào)節(jié)機(jī)體功能.現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)研究,證實(shí)低功能He-Ne激光穴位照射可增強(qiáng)細(xì)胞免疫功能,當(dāng)?shù)凸β蔋e-Ne

激光作用于經(jīng)絡(luò)穴位系統(tǒng)后,中樞及外周的阿片肽系統(tǒng)均參與了免疫調(diào)節(jié)過程.3.7激光在口腔科的應(yīng)用目前,國內(nèi)已廣泛采用激光防齲,激光光動(dòng)力學(xué)治療口腔頜面腫瘤,采用激光治療牙本質(zhì)敏感癥及口腔各種炎癥.3.8激光在腫瘤科的應(yīng)用國內(nèi)已廣泛將高功率激光用于施行腫瘤切割、汽化和凝固等激光手術(shù),如皮膚惡性腫瘤、肺癌、晚期食道癌等激光手術(shù).利用激光熒光診斷腫瘤或光動(dòng)力學(xué)方法治療惡性腫瘤;采用低功率激光照射治療腫瘤術(shù)后感染.在腫瘤學(xué)上常使用光敏劑和單色光輻射來治療癌癥———即光動(dòng)力療法(PDT).

基于光致敏物質(zhì)的光動(dòng)力療法的應(yīng)用可追溯到上個(gè)世紀(jì)的七十年代.1976年Kelly和Snell報(bào)道了在人類膀胱癌病中第一次對(duì)用光致敏物質(zhì)做的內(nèi)窺鏡的應(yīng)用.1994年我國曾超英等人用PDT在B超引導(dǎo)下對(duì)腫癌進(jìn)行治療,開始了PDT介入性治療的新時(shí)代.目,PDT可用于肺癌、食道癌、宮頸癌及膀胱癌、皮膚癌等的治療.PDT進(jìn)入腦瘤的治療也已進(jìn)入了臨床試驗(yàn)階段.PDT：機(jī)體接受光敏劑后一定時(shí)間，腫瘤組織攝取和存留的光敏劑較多，經(jīng)特定波長的光照射，在生物組織中氧的參與下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生單態(tài)氧和/或自由基，破壞組織和細(xì)胞中的多種生物大分子，最終引起腫瘤細(xì)胞死亡，達(dá)到治療目的。3.9激光在中醫(yī)科的應(yīng)用低功率激光穴位照射即所謂的激光針灸,由于安全、有效,無創(chuàng)痛,已在臨床上廣泛應(yīng)用.江西中醫(yī)學(xué)院教授魏稼提出了“無創(chuàng)痛針灸學(xué)”,將激光與中國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)有機(jī)結(jié)合起來,且與西醫(yī)關(guān)于低功率激光的生物刺激作用相吻合.目前,國內(nèi)已將激光針灸用于治療內(nèi)、外、婦、兒五官、口腔、皮膚、神經(jīng)及精神各種疾病200多種,具有肯定的療效且優(yōu)于傳統(tǒng)針灸.4.1激光核聚變4.激光在科學(xué)技術(shù)前沿問題中的應(yīng)用

“國家點(diǎn)火裝置”位于加州，投資約合24億英鎊，占地約一個(gè)足球場大小?？茖W(xué)家希望該激光器能模仿太陽中心的熱和壓力?！皣尹c(diǎn)火裝置”由192個(gè)激光束組成，產(chǎn)生的激光能量將是世界第二大激光器、羅切斯特大學(xué)的激光器的60倍。2010年，192束激光將被匯聚于一個(gè)氫燃料小球上，創(chuàng)造核聚變反應(yīng)，打造出微型“人造太陽”。1999年6月，吊裝直徑10米的靶室

(NationalIgnitionFacility）勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室鳥瞰圖當(dāng)激光束的熱和壓力達(dá)到足以熔化小圓柱目標(biāo)中氫原子的時(shí)候，所釋能量要比激光本身產(chǎn)生的能量更多。氫彈爆炸和太陽核心會(huì)發(fā)生這類反應(yīng)。科學(xué)家相信，總有一天通過核聚變而不是核裂變會(huì)產(chǎn)生一種清潔安全的能源。激光束進(jìn)入國家點(diǎn)火裝置的一個(gè)小目標(biāo)球的藝術(shù)概念圖，它會(huì)引起核反應(yīng)4.2激光冷卻(lasercooling)和微粒操縱

激光冷卻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)。20世紀(jì)初人們就注意到光對(duì)原子有輻射壓力作用，只是在激光器發(fā)明之后，才發(fā)展了利用光壓改變?cè)铀俣鹊募夹g(shù)。人們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)原子在頻率略低于原子躍遷能級(jí)差且相向傳播的一對(duì)激光束中運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于多普勒效應(yīng)，原子傾向于吸收與原子運(yùn)動(dòng)方向相反的光子，而對(duì)與其相同方向行進(jìn)的光子吸收幾率較小;吸收后的光子將各向同性地自發(fā)輻射。平均地看來，兩束激光的凈作用是產(chǎn)生一個(gè)與原子運(yùn)動(dòng)方向相反的阻尼力，從而使原子的運(yùn)動(dòng)減緩(即冷卻下來)。1985年美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院的WilliamD.Phillips和斯坦福大學(xué)的朱棣文首先實(shí)現(xiàn)了激光冷卻原子的實(shí)驗(yàn)，并得到了極低溫度(24μK)的鈉原子氣體。他們進(jìn)一步用三維激光束形成磁光阱將原子囚禁在一個(gè)空間的小區(qū)域中加以冷卻，獲得了更低溫度的"光學(xué)粘膠"。之后，許多激光冷卻的新方法不斷涌現(xiàn)，其中較著名的有"速度選擇相干布居囚禁"和"拉曼冷卻"，前者由法國巴黎高等師范學(xué)院的ClaudCohen-Tannodji提出，后者由朱棣文提出，他們利用這種技術(shù)分別獲得了低于光子反沖極限的極低溫度。朱棣文、柯亨-達(dá)諾基和菲利浦斯三人也因此而獲得了1997年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。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、玻色-愛因斯坦凝聚、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。朱棣文得知獲獎(jiǎng)后與妻子擁抱時(shí)任美國能源部部長的朱棣文4.3激光化學(xué)傳統(tǒng)的化學(xué)過程，一般是把反應(yīng)物混合在一起，然后往往需要加熱(或者還要加壓)。加熱的缺點(diǎn)，在于分子因增加能量而產(chǎn)生不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)破壞原有的化學(xué)鍵，結(jié)合成新的鍵，而這些不規(guī)則運(yùn)動(dòng)破壞或產(chǎn)生的鍵，會(huì)阻礙預(yù)期的化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。

但是如果用激光來指揮化學(xué)反應(yīng)，不僅能克服上述不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，而且還能獲得更大的好處。這是因?yàn)榧す鈹y帶著高度集中而均勻的能量，可精確地打在分子的鍵上，比如利用不同波長的紫外激光，打在硫化氫等分子上，改變兩激光束的相位差，則控制了該分子的斷裂過程。也可利用改變激光脈沖波形的方法，

十分精確和有效地把能量打在分子身上，觸發(fā)某種預(yù)期的反應(yīng)。