我所知道的激光

激光是什么？他和普通的光区别在哪里？

打个比方，如果把普通的光看成是王府井大街的人流，激光就是国庆阅兵式的方阵，前者混乱（有向南走的，有向北走的，还有穿过马路，东西方向走的），后者整齐（都向一个方向前进），前者品种多（老中青都有），后者品种单一（年龄都差不多）。

世界上的光，原本都是混乱的，要把普通的光变成激光，并非易事，正像街上的老百姓，要把他们训练成阅兵方阵，很不容易。激光的发明是上世纪六十年代的事，至今才不过半个世纪。

激光的出现，是人类智慧的象征。人类的发明中，有些是仿生的，例如超声波雷达（也有叫声纳的），蝙蝠就有，氢弹爆炸，太阳上一直在进行（反核运动者绝对不可反对的一种氢弹爆炸），但激光，自然界没有，就凭这一条，人类很可以自豪的。

激光刚出现时，人们的印象，就是这种光蛮厉害，因为有新闻照片，有人把世界上最坚硬的物品——金刚石放在激光的光路上，激光经过后，金刚石立刻化成了一缕青烟消失了。

激光又叫镭射、莱塞，都是根据英文laser翻译而来，英文的原意是“受激光辐射”，简称激光。下面，根据我的理解，谈谈激光是怎么产生的？

在谈激光之前，有必要先谈谈普通的光。

人类最早认识的光，肯定是太阳光了。牛顿先生在一个暗室的窗户上，挖了个小洞，引进来一束阳光，照在玻璃制的三棱镜的一个面上，透过另一个面折射后，竟然出现了一道彩虹。——，从而证明了，太阳光这种“白光”，其实是由多种“色光” 组成的 ——赤橙黄绿青蓝紫，是也。

     牛顿认为，光是一种波动，就像水面的涟漪，向四周一圈一圈地传播，既是波，就有波长（从一个波峰到相邻的另一个波峰的距离），不同波长的光波就意味着有不同的颜色。当光的涟漪遇到了你的眼睛，你就看到了光，也感知了它的颜色。

牛顿提出的“光波说”曾经风靡一时，可以解释光的很多现象，到了二十世纪，科学家发现了“光电效应”，就是光照在一种物质上，能从物质表面“打“出几个电子来，这很难用波动说解释。于是爱因斯坦（当时还是个小职员，没有什么大的名气）提出，光既有波动性，又表现为粒子性（即光线是由一颗一颗的微粒——“光子”组成），两者的统一就是光。

“简直是胡说八道？”当时有人讥笑他说：“你说怎么统一？每周1、3、5是波动，每周2、4、6是粒子？”

然而，后来的研究证明，光真的具有“波粒二重性”，我们人类，习惯于周围的“宏观世界”，对于“微观世界”（原子、电子、原子核之类的小东西，因为特别小，故有此称呼）的规律，我们难以理解。

不理解也得接受，这是没有办法的事。

原子是构成世界的基本“砖块”，原子的结构有点像太阳系，中间有相当于太阳的、坚固的核——，周围有相当于行星的，更小的电子，电子沿着一定的轨道，绕着原子核旋转。

原子和太阳系只是形式上类似，其实是很不一样的。每个电子的运动轨道，并非只有一条，而是有很多条，当它处在不同的轨道上(或称为能级)，对应着不同的能量。当电子从“低能级”跳到“高能级”时，它要吸收能量，处于受激发的状态，反之，当电子从“高能级”跳到“低能级”时，它会放出能量，回到基态——这个能量就可能是光，而光的波长，就两个能级的差决定，能级差越大，波长就越短。

由此看来，光的产生，是原子中的电子，在不同能级之间“跳来跳去”（科学家称之为跃迁）的结果。

原子的能级很多，五花八门，电子的“跃迁”也是各行其是，乱跳一通的。所以，物质的发光，不可能只有一种波长，也不可能对朝着一种方向，而是有一个分布的。自然界的光，都是一般的光，而不是激光，道理就在于此。

换言之，自然界的光，都是“普通老百姓”，不是训练有素的“阅兵方阵”。

要想产生“阅兵方阵”式的激光，得设计一个特别的装置——激光发生器。

激光发生器有很多样子，但万变不离其宗，从原理上说，也并不复杂。

举一个例子说明。

我曾经使用过一种固体激光器——钕玻璃激光器，它能够产生一种波长1.06微米的激光（是红外线，眼睛看不见的）。它的主体是一根钕玻璃棒，旁边有两根氙灯（一种充有氙气的气体发光灯），钕玻璃棒的前后有涂有反射膜的反射镜，后面是全反射镜，前面是半反射境。顾名思义，光线射到后面，可以全部反射回去，如果射到前面，只有一部分反射回去，另一部分就会透过半反射镜，射到激光器外面来。

第一步是让氙灯发光。

氙灯是很亮的，当它闪光的时候，会给钕玻璃棒很多的能量，把钕玻璃原子从低能级提高到高能级，氙灯的作用相当于“水泵”，原子的高能级可以理解为“拦水坝”，氙灯让能级变高，相当于水泵，把大量的水，提升到了拦水坝之内。

这时候，钕玻璃棒的原子都处于受激发态了，相当于水坝内装满了水，而泄洪阀门却紧紧关着。这种态势，叫“蓄势待发”比较恰当。

激光的产生，关键在于如何“发”上。

科学家设计了一种“谐振腔”，用它来协助发光。在上述例子中，钕玻璃棒前后的两块反射镜，就构成了一个光学的“谐振腔”。

谐振腔的作用很巧妙，它能把某一种波长、某一种方向的光挑选出来，让与它们相关的原子，同时发生跃迁，于是，整齐的“阅兵方阵”——方向和波长完全相同的一束光——激光就诞生了。

谐振腔有一个面，不是“半反射膜”吗？激光，就是通过这个膜，射了出来。

“谐振”，听起来很专业，什么意思？它为什么有这么大的本事呢？

谐振，又叫共振，是一种奇妙的自然现象。耳机听音乐，不如音箱，就是因为音箱是一个共振腔，它可以和音乐的低音部分，发生共振，听起来浑厚悦耳。

历史上，有一座桥突然垮掉了，原因是一队士兵，“一二一”整齐地走过这座桥，他们步伐的节奏，刚好和桥的固有频率，发生了共振，引起了桥的大幅度振动，直至断裂，士兵纷纷落水，甚为狼狈。

收音机的“谐振电路”，能在为数甚多的电台中，找到自己需要的“那一个”，也是这个道理。

用句文学语言，所谓共振，就是在形形色色的大千世界上，唤起自己的同类，与自己共舞。

某歌星在台上唱歌，台下有人纹丝不动，有人则手舞足蹈，后者肯定是她的同类，两人之间，发生了共振（此乃本人谬见）。

可见，激光器有三个不可缺少的部分，工作介质（钕玻璃棒）、泵浦（氙灯）和谐振腔。当然为了能正常工作，还有很多部分，如电气控制电路，冷却系统，光路控制系统等等。

激光有几个特点：单色性，即波长完全相同；平行性，即光束是完全平行的，可以传播很远的距离而不发散；能量集中性，因为它让被选择的能级，同时发生跃迁，在短时间内发出较大的光能，因此有集中的能量。

激光的用途，大多根据这几个特点，进一步发展而来。