科普：激光技术详解及应用分析
前言:说到激光，人们对于它并不陌生，激光在生活中的应用应该已经听说过很多种，比如说近视的激光矫正、激光美容等等。除了在医疗上的应用外，激光还应用于工业、科研、信息和军事等领域。想更详细地了解激光在环境探测和国防中的应用，就让西安理工大学激光雷达大气遥感研究中心华灯鑫博士来告诉你。

1什么是激光

激光是利用光能、热能、电能、化学能或核能等外部能量来激励物质，使其发生受激辐射而产生的一种特殊的光。激光是光的受激辐射。 与普通光源相比激光的特点显而易见，方向性好（发散角小），探照灯照射到月球，看似平行的探照灯1公里时光斑直径10米，激光照射月球，光斑直径约等于2公里。亮度极高，单色性好（颜色纯）、相干性好、光速传播（3×108m/s）等都是激光的特点。
大自然中有关光的现象无处不在，人们对于光的认识经历了复杂的演变过程，时至今日，尚未结束。特别是激光的出现改变了人们对光的认知。1960年，美国物理学家梅曼研制出第一台红宝石激光器，给光学带来一次革命，大大推动了光学以及相关科学的发展。

2激光技术的发展

光作为现代信息传输的载体，其在近代科学领域发挥了很大的作用。诺贝尔物理奖也肯定光学的近代发展。从1997年激光冷却、2000年半导体激光器、2005年量子光学精密测量技术、到2009年光纤通信CCD。激光技术进步带来的巨大社会变革，得到社会和人们的公认。

2009年，华裔专家高锟获得诺贝尔物理奖，其从1957年开始从事光导纤维在通信领域应用的研究，1966年发表了一篇题为《光频率介质纤维表面波导》的论文，开创性地提出光导纤维在通信上应用的基本原理。1981年第一个光纤系统面世。此后，利用石英玻璃制成的光纤应用越来越广泛，全世界掀起了一场光纤通信的革命。从此，比人的头发还要细的光纤取代了体积庞大的千百万条铜线，成为传送容量巨大的信息传输管道，彻底改变了人类的通信模式。光纤作为光的载体及传感器件，其技术的发展及其应用，都依赖于激光技术的进步。随着光学的发展，特别是激光及光电子技术的进步，人们对光的认识和应用也更深入，光学已经深入到医学、地质、航天、军事、娱乐等各个社会领域。

3激光跟光纤是一对孪生兄弟

激光的峰值功率很大，可以达到几十万兆瓦，由于它大的能量可以作为激光切割，激光医疗、激光武器。此外，激光的应用还有激光测距、激光陀螺、激光加工。激光医学，最简单的应用是补牙，磨牙时的声音，每个患者都不愿听，但如果用激光来补牙，可以用激光将表面牙垢，虫牙部分切割掉，没有声音。激光加工，要在头发丝粗的零件上做一个齿轮，头发丝只有50微米，要在这个上面做一个扁平齿轮，一般的机械手段是达不到的，只能用激光。

光纤加激光改变了人们的生活，每家互联网的接入都是由光纤传输的，所以现在可以和世界各个地方联系。光纤作为光的载体，它的应用发展都要依赖于激光，光纤里藏的不是电流，是光，这个光就是激光。现在的光纤通信、光纤传输比以前的电磁波通信要快得多，因为光的传播速度快，每秒30万公里的速度在传输。举个简单的例子，上世纪90年代初，从国外打电话回来，话筒中能听到自己的回音，但现在只要手机在手，打到世界各个角落都很清晰。

光纤传感技术可以对楼宇、桥梁等大型建筑的形变，以及大型变电站温度的变化进行实时精密检测。怎么用光纤测大型建筑物有没有发生形变呢？在建设过程中，将光纤埋入混凝土中，通路相当于血管，通过光纤把激光打进去，通过一定的传感技术，就知道哪个地方有微量的形变，可以马上检测出来。国外的摩天大楼，楼的基底都埋有光纤传感器，将光纤直接浇筑到水泥柱里，可以实时监测水泥柱的形变。这就是激光加光纤的应用。

此外，利用多股光纤制作而成的光缆已经铺遍全球，成为互联网、全球通信网络的基石；光纤在医学上也获得了广泛的应用，诸如胃镜等内窥镜可以让医生看见患者体内的情况；光纤传感技术与系统还在工业上获得大量应用，在各类生产制造和机械加工等方面大显身手。

4激光在航空航天上的应用

空航天发展上，激光的用武之地不容小觑。在探月工程中，嫦娥奔月要先得到月球的三维地图，这个时候就用到了激光，用激光进行测距，得到一张精度很高的月球地貌图，为下一步奔月作了贡献。玉兔要在月球着陆，在月球表面着陆的平台上有一个激光测量着陆器和月球表面的距离，从而平稳降落。

随着信息的高速发展，很多都需要借助网络。去年我国发射的“墨子号”卫星，这是中国第一颗，也是世界第一颗上天的量子卫星。有人肯定会问，量子跟激光又有什么关系呢？“量子通信指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式，具有高效率和绝对安全等特点。但是一切量子通信网络中都必须采用激光技术”，华灯鑫博士说。量子是能表现出某种物质或物理量特性的最小单元，“光的量子”（光子）是一定频率的光的基本能量单位。经典通信较光量子通信相比，其安全性和高效性都无法与之相提并论。安全性-量子通信绝不会“泄密”，其一体现在量子加密的密钥是随机的，即使被窃取者截获，也无法得到正确的密钥，因此无法破解信息；其二，分别在通信双方手中具有纠缠态的2个粒子，其中一个粒子的量子态发生变化，另外一方的量子态就会随之立刻变化，并且根据量子理论，宏观的任何观察和干扰，都会立刻改变量子态，引起其坍塌，因此窃取者由于干扰而得到的信息已经破坏，并非原有信息。因此，量子通信可以实现绝对保密通信。