书城科普不可思议的发现(走进科学丛书)
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第42章 好马也吃回头草

在许多科幻电影中,未来人使用的武器发出的都是一道道灼热的光束,光束所击中的地方,目标熔化、爆炸。其实这种威力极强的光束的原型,就是我们现实生活中的激光。

激光是一种奇特的光,它的全称应该是“受激辐射光放大”。激光,顾名思义,它是受激以后才发生的光,而普通的光都是自发光。激光“组织纪律”性强,没有命令,绝不发光。激光具有“团队精神”,它发出的光“步调一致”,全都朝着一个方向,也就是说激光可以成为“束”朝着一个方向,以一个波长发射能量,这也是激光与普通光的区别。普通光都是普照的,就连太阳系最大的光源——太阳,都以它的阳光普照着大地万物。激光另外的特点就是它的亮度大,颜色纯,射程远。这些基本特性,决定了激光与普通光有着完全不同的用途。

发现激光的第一人是美国的物理学家梅曼。

当时的梅曼还是一个名不见经传的年轻人。他早年研究过原子、分子光谱,这为他以后试制激光器奠定了良好的理论基础。后来,他又研究红宝石激波激射器,并有了成功的实践。这些都对他日后的成功打下了基础。但他的成功同样离不开他的高尚品格——探索精神和敢于向权威的挑战。

梅曼从1959年8月才转到激光的研究上来,当时美国的无线电物理学家汤斯和肖洛已经研究相关课题近10年,并刚刚在《物理学评论》上发表了著名的文章,认为红宝石不容易实现“受激发射”。与此同时,苏联科学院列别捷夫物理研究所的科学家们也提出了类似的看法。

面对国内、国际著名的专家、学者提出的设想与方案,梅曼参与了这场激烈的竞争。

但是梅曼还是给红宝石建立起了解析模型并加以计算,不过计算结果表明,用红宝石作为材料将很难工作。随后梅曼开始试用多种其他材料,但结果都不理想。而后,他又重新转向对红宝石的研究,他希望以红宝石为样品,寻找出相应的材料,这种材料应该具有红宝石一样的优点:结构简单,结实耐用,此外还必须具备量子效应高的条件,因为量子效应低是红宝石作为激光材料的致命缺点。

对红宝石的深入研究很快使梅曼打消了另外再找其他材料的想法。他发现:含铬量合适的红宝石可以成为产生激光的最合适的材料。经过实验证明,以强光照射含铬量0.05%的红宝石,竟使得发光时的效应高达权威们原来试验结果的70倍。幸亏他当初又回过头来研究红宝石,否则激光器的发明又要推迟了。看来,好马也需要吃回头草。梅曼解决了一个划时代的问题,迎来了胜利的曙光。

在成功的喜悦中,梅曼对自己的实验装置作了进一步改善。他把一根长1.90厘米、半径为0.95厘米的红宝石圆柱体两端磨平后镀上银,放在螺旋形氙闪光灯中心,然后逐渐增强氙闪光灯的强度。当红宝石受到强光照射时,突然发射出一束深红色的光,它的亮度达到太阳表面亮度的4倍,这就是激光!

1960年美国研制成功世界上第一台红宝石激光器,我国于1961年研制成第一台红宝石激光器。从此,各种类型的激光器如雨后春笋,纷纷出现。激光与激光器的问世标志着人们掌握和利用光进入了一个新的阶段。从此,激光器的种类不断增多,性能不断完善,应用领域越来越广,在许多领域中激光还成了独领风骚的角色。

激光的亮度极强,是当今世界上最亮的人造光源。激光的方向性极好,发射角极小,几乎只沿着一个方向传播,所以激光能射得很远。它从地球射到月球40万千米的路程其光斑直径不超过200米,这是其他光源绝对无法比拟的。

由于激光具备上述特点,它的用途十分广泛。激光在工业上可以作为热源对各种材料进行切割、钻孔等一系列处理。还能对长度、转速等进行精确测量。激光雷达还可以测量云层厚度和监测大气污染。在医学上,激光作为手术刀在眼科治疗、肿瘤切除方面得到了广泛的应用。

军事领域更是激光大显身手的舞台,当今最闻名的激光武器就要数激光制导炸弹了。

第一代激光制导炸弹名叫“宝石风暴激光制导子母弹”。炸弹上的“寻的头”可自动跟踪目标指示器射向目标并反射回来的激光束,炸弹通过追踪激光束精确攻击预定目标。第二代激光制导炸弹改进了制导和控制,并增大了导弹的航程。现在,激光制导炸弹已发展到第三代——“宝石路”激光制导炸弹,射程更远、精度更高、低空远距攻击能力更强。海湾战争中,激光制导炸弹大显神威,导弹像长了眼睛,准确击中各类目标,有的甚至钻入建筑物的门窗、通风口摧毁整个目标。

当然,激光在军事领域的应用绝不只是“制导”。随着激光集注的发展,激光测距、激光雷达、激光制导炸弹导弹、激光炫目致盲武器早已引起人们的极大关注。军事专家认为,未来空间、星际战争的主要武器都是激光武器。不要多久,科幻电影中和其他作品中所描述的场景,就会变成人类生活中的现实。

当然,激光最伟大的功绩还是为现代通讯技术打开了一条广阔的道路,它无愧为“现代化通讯员”的称号。