哪个人不想变美呢？

况且
“爱美之心，人皆有之”——《孟子·告子上》
可见爱美的习惯从遥远的孔孟之时延续到了今天

　　激光美容（Laser cosmetology）早已不是什么新鲜词了，由于其没有痛苦而且安全可靠，受到了人们的热烈欢迎。光子嫩肤可以净白肌肤，提升紧致；点阵激光可以祛除色斑，消除疤痕；黑脸娃娃可以实现除皱，收缩毛孔；皮秒激光更可以美白皮肤，而且起效快，反应轻，周期短！这好比有一束美妙的光线在自己的脸上跳舞！等等，你以为小编接下来会对美容滔滔不绝，但其实，小编是个不折不扣的直男。所以小编只会想，这神奇的技术到底是什么呢？

什么是激光

　　激光的英文是LASER, 又称镭射

　　Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，字面意思就是受激辐射光放大

　　这是什么意思呢？这就要追溯到1917年，爱因斯坦（Albert Einstein）基于量子理论提出：物质与辐射场相互作用中，构成物质的原子或分子可以在光子的激励下产生光子的受激辐射或吸收。也就是说在特定条件下，一束光打在物质上，该物质在此激励下就会发光！这样的物质我们把它称为工作物质或增益介质，可以是气体，也可以是固体和半导体。

　　后来理论物理学家证明，受激发射的光和用来激励的光具有相同的频率、方向、相位和偏振。

　　20世纪50年代初，电子学、微波技术的应用等提出了将无线电技术从微波（1cm量级）推向光波（1μm量级）的需求，由此加快了对激光器的探索。

　　1951年，美国科学家汤斯（Townes）提出了利用原子、分子的受激辐射放大电磁波，即MASER的概念，并于1954年第一次实现了氨分子微博量子振荡器。Townes由于在受激辐射放大方面的成就获得1964年诺贝尔物理学奖。

　　1960年7月，美国加利福尼亚州休斯实验室的科学家梅曼制成了世界上第一台激光器：红宝石激光器，至此激光正式问世。

　　1961年8月，我国的第一台红宝石激光器由中国院长春光学精密机械研究所研制成功。此后，世界上第一台气体激光器、第一台固体锁模激光器、第一台X射线激光器相继问世。到了20世纪80年代，更小更高效的半导体激光器诞生，其与光导纤维，也就是我们俗称的光纤，构成了如今蓬勃发展的信息光电子技术和产业的基础。

　　如今，激光向着更小、更快、更集成的方向不断发展，例如用于激光祛斑的新型皮秒激光，就超 超 超级快！1皮秒（picosecond）=10^(-12)秒（即一万亿分之一）举个例子，世界上速度最快的光，速度为3*10^8 m/s，光从地球走到月球只需要大约1.3s,而光在1皮秒内只能走0.3mm！

激光原理

　　激光的理论基础是受激辐射理论，物质中光子的产生和吸收包括：自发辐射，受激辐射，受激吸收。

　　自发辐射：高能级的原子自发地从高能级E₂向低能级E₁跃迁，同时以光子形式放出能量,满足受激辐射：当受到外来的能量为的光照射时，高能级E₂上的原子受到外来光的激励作用向低能级E₁跃迁，同时发射一个与外来光子完全相同的光子。

　　受激吸收：处于低能级E1的原子受到外来光子的刺激作用，完全吸收光子的能量而跃迁到高能级E2的过程。可见受激吸收是与受激辐射相反的过程。

　　研究表明，当处在高能级上的原子的数目多于低能级上原子数目时，物质受激辐射速率大于受激吸收速率，也就是说此时物质可以发光。

　　然而一般情况下，由于能量最低原理，高能级上的原子数目往往少于低能级上的原子数目。于是要想发出激光，就需要通过某种方式将原子激发到高能级上，我们称之为“泵浦”。顾名思义，这就好比我们生活中使用水泵将水由较低的位置输送到较高的位置上去。这样苛刻的条件称为粒子数反转。

　　通过受激辐射过程，一个入射光子转化为两个出射光子，工作物质起到了光放大的作用，因此其又称为增益介质。在激光器中，这种增益是远远不够的，因为光会遇到各种各样的损耗，还没走进新世界就已经消失殆尽了。为了能让激光顺利出射，还需要一个装置——谐振腔。谐振腔就是两面反射镜，使光在增益介质中往返，每往返一次放大一次，最终能量达到出射要求，便激射出来。

　　所以一个简单的激光器是由泵浦源、工作物质和谐振腔组成的。

激光的特性

　　激光的三个基本特征是:

　　(1) 单色性好

　　对于可见光来说，单色性是指只有一种色光，由于每一种光对应一个频率，单色性好意味着其具有高的频率稳定性。

　　例如氦氖激光器的波长为λ=632.8nm，波长变化范围可达10-10~10-13m量级。激光良好的单色性为精密度仪器测量和激励某些化学反应等科学实验提供了极为有利的手段。

　　(2) 方向性好

　　激光基本沿某一条直线传播,通常发散角约为10-4弧度量级；而我们日常生活中见到的白炽灯、荧光灯等普通光源发散角非常大。

　　举个例子，一束激光照射到约为38万km的月球上形成的光斑直径仅有1km左右；而普通的探照灯在几千米外扩散直径就已达到几十米。

　　激光的这一特性被用于准直、测距以及空间科学。

　　(3) 相干性好

　　我们都知道，相干光会在某些区域相互加强。而激光正是一种相干光源，这为其提供了极大的光强。激光脉冲瞬时功率可达约1014 W，亮度约为太阳光的100亿倍。由于能量高度集中，激光很容易在某一微小的点产生瞬时的高压和高温，这为激光加工和激光外科手术提供了可能。

激光器

　　激光器根据增益介质的不同，可分为固体激光器、气体激光器、半导体激光器、燃料激光器、自由电子激光器等；

　　激光器根据激励方式的不同可以分为电激励式激光器、光泵激光器、化学激光器等；

　　激光器根据激光波长可以分为红外激光器、可见光激光器、紫外激光器等；

　　激光器根据运转方式不同可以分为连续型、低重频型、准连续型激光器；

激光的应用

　　激光已渗透到人们生活中的方方面面

　　(1) 激光加工

　　激光加工技术利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，在整个激光应用领域里占比35.2%。激光加工技术相较传统工艺，不仅提高了效率, 节省了材料, 提高了质量, 而且导致设计思想更新, 工艺流程改进, 从而赋给产品更高的附加值。

　　激光加工工艺包括切割、焊接、打孔、表面处理、芯片刻蚀等。

　　(2) 激光医疗

　　激光在医疗方面的应用主要分为激光诊断技术和激光治疗技术两大类，前者以激光作为信息载体，后者以激光作为能量载体。

　　激光诊断技术利用激光高度相干性和良好穿透性，根据其相位信息进行成像，从而进行诊断。包括生物超弱发光成像、激光扫描共焦显微技术、超快速激光成像技术、光镊技术等。

　　激光治疗技术利用激光方向性好，能量高，可以制成各种“激光刀”，对人体组织作切除、凝固、止血、汽化等手术。包括激光角膜切削技术、伤口激光愈合技术、激光光动力治疗技术等。

　　最早的激光治疗发生在1961年12月，哥伦比亚长老会医院用红宝石激光器进行了视网膜肿瘤治疗。

　　(3) 激光通信

　　半导体激光器和光纤放大器是光纤通信的两大关键技术。

　　激光具有高度相干性和空间定向性，而且光波频率比微波频率高出万倍，因此激光通信以其通信容量大、传输频带宽、抗干扰性高和信号衰减小，而远优于电缆、微波通信的传输，已成为世界通信中主要传输方式。

　　一根光纤的潜在带宽可达20THz。采用这样的带宽，只需一秒钟左右，即可将人类古今中外全部文字资料传送完毕。

　　除了日常生活中利用光盘进行光存储以外，空间激光通信具有传输损耗小、传输距离远、通信质量高等优点，主要用于卫星间通信。

　　(4) 日常生活

　　例如受到大众喜爱的激光舞、水幕激光、激光秀等；

　　家用CD,DVD播放器中利用光盘进行数据存储，大大提高了存储容量；

　　激光打印利用激光束将数字化图形或文档快速“投影”到一个感光表面（感光鼓），被激光束命中的位置会发生电子放电现象，然后由于静电作用，像磁铁般地吸引一些纤细的“墨粉”，从而进行打印。激光打印输出质量高，成本低，受到广泛喜爱。

　　全息照相利用包括激光的相位、波长、振幅在内的所有信息进行成像。全息照片的景物立体感强，形象逼真，而不像普通照相仅仅是记录物体的某一面投影。

　　(5) 军事领域

　　激光在军事领域的应用激光侦查与测量、激光制导、激光通信、激光武器等四个方面。

　　激光侦察与测量就是利用激光的特性制造出激光的侦察与测量仪器。例如激光测距仪、激光雷达、激光卫星。激光测距具有远、准、快、抗干扰、无盲区等优点。激光雷达分辨率高，隐蔽性好，低空探测性能好，广泛应用于海陆空等环境。

　　激光制导的基本原理是: 用激光器发射激光束照射目标，装于弹体上的激光接收装置则接收照射的激光信号或目标反射的激光信号，算出弹体偏离照射或反射激光束的程度，不断调整飞行轨迹，使战斗部沿着照射或反射激光前进，最终命中目标。

　　激光通信用于军事领域包括大气通信和光纤通信。大气通信可传输语言、文字、数据、图像等信息;具有通信容量大、不受电磁干扰、保密性强、设备轻便、机动性好等优点。

激光武器是利用激光能量摧毁目标或使其丧失战斗能力的武器。激光武器速度快，威力大，无污染等特点。

　　(6) 新能源领域

　　美国国家点火装置是世界最大的激光核聚变装置。容纳NIF装置的相当于三个足球场。可把200万焦耳的能量通过192条激光束聚焦到一个很小的点上，产生类似恒星和巨大行星的内核以及核爆炸时的温度和压力。

 

编辑 | 常奕栋　　排版 | 薛瑞凯　　校对 | 王根成

　　原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/2WJvCGwFkSGszogWlMhqGQ