本文作者：姜建偉

“要組織一批人專門去研究它?！瑢ｉT研究它。”

——《毛澤東文集》第八卷第352頁

上世紀60年代，美國工程師西奧多?梅曼發(fā)明了世界上第一臺紅寶石激光器，正式宣告人類社會從傳統(tǒng)物理光學進入現(xiàn)代光學時代。一年后，在王之江院士的帶領(lǐng)下，中國科學院長春光機所研制出第一臺國產(chǎn)激光器（如圖1所示）。從激光的誕生開始，黨和國家領(lǐng)導人就高度重視。1963年12月16日，時任國家國防科工委主任聶榮臻元帥向毛澤東同志匯報激光技術(shù)的研究與應用。上海光學精密機械研究所也在相關(guān)背景下積極籌備成立，對推動我國激光技術(shù)發(fā)展起到重要作用。從1964年到2024年，我國的激光技術(shù)有著飛躍的發(fā)展。激光，這個聽起來充滿未來感、高級感的詞匯，早已滲透到日常生活的方方面面。從超市的條形碼掃描到高端制造業(yè)的精密切割，激光技術(shù)的應用無處不在。那么，激光究竟是什么？它又是如何工作的呢？我國激光技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀有哪些？本文將為您解答這些疑問。

關(guān)鍵詞：激光器；激光原理；640工程；光學精密機械；

圖1:我國第一臺紅寶石激光器（來源：https://www.troteclaser.com/）

圖2:不同顏色的激光光束（來源：https://www.troteclaser.com/、封面圖片）

泵浦源提供能量給激光介質(zhì)，使介質(zhì)中的原子或分子激發(fā)到高能級。泵浦源可以是電能（如激光二極管）、光能（如閃光燈或另一個激光器）或其他形式的能量^[6]。

諧振腔由兩個平行的反射鏡組成，一個全反射鏡和一個部分反射鏡。激光在這兩個鏡子之間來回反射，每次通過激光介質(zhì)時都會得到放大，最終從部分反射鏡輸出^[7]。

圖3:激光器工作原理（來源：參考文獻^[8]）

如圖4所示，采用高功率激光（如CO₂激光或光纖激光）對金屬（鋼、鋁）和非金屬（塑料、陶瓷）材料進行切割，切割精度可達±0.1毫米，適用于汽車零部件、航空航天精密部件的加工。在汽車制造中，激光焊接用于電池組密封焊接（如電動汽車鋰電池）和車身框架連接，焊縫寬度可控制在0.2-0.5毫米；在電子產(chǎn)品中，激光用于微電子元件（如傳感器、芯片封裝）的無損焊接。利用紫外或光纖激光在材料表面形成永久標識，例如條形碼/二維碼打標分辨率可以達1200 dpi，適用于醫(yī)療器械追溯和奢侈品防偽^[9]。

（2）醫(yī)療領(lǐng)域

眼科手術(shù)方面，通過飛秒激光（波長1053 nm）切削角膜基質(zhì)層，矯正近視/散光的精度達到±5微米，術(shù)后視力恢復誤差小于0.25屈光度。利用激光輔助晶狀體切割，切口精度控制在0.1毫米以內(nèi)，可有效治療白內(nèi)障等眼科疾病。如圖5所示，皮膚美容手術(shù)方面，通過半導體激光（波長808 nm）選擇性破壞毛囊，單次療程減少毛發(fā)量70%-80%。此外，激光在外科手術(shù)方面也有很大作用，利用CO₂激光用于腫瘤切除，切割深度可精確至0.1毫米，術(shù)中出血量減少60%^[10]。

（3）通信技術(shù)

光纖通信方面，電信運營商（如中國移動、AT&T、Verizon）都開始部署基于1550 nm半導體激光器的單模光纖網(wǎng)絡，支撐5G基站、數(shù)據(jù)中心和海底光纜的超高速傳輸（100 Gbps-400 Gbps。華為公司目前正在研發(fā)密集波分復用（DWDM）技術(shù)，通過單根光纖同時傳輸多波長激光信號，提升光纖容量至10 Tbps以上，滿足云計算和流媒體服務的需求^[11]。

（4）精密測量

采用可調(diào)諧二極管激光吸收光譜（TDLAS）檢測大氣中CO₂、CH₄等溫室氣體，靈敏度達ppb級，用于碳排放監(jiān)測和污染源追蹤。利用拉曼激光光譜儀（波長785 nm/532 nm）分析半導體、納米材料分子結(jié)構(gòu)，空間分辨率達1微米，指導新材料研發(fā)。生物醫(yī)學方面，應用光鑷技術(shù)（波長1064 nm激光）捕獲并操控單個細胞、DNA鏈或病毒顆粒，研究微生物力學特性與藥物相互作用機制^[12]。

圖4:激光切割（來源：參考文獻^[13]）

圖5:激光多譜勒醫(yī)療儀器（來源：參考文獻^[13]）

圖6:中國激光市場（來源：http://www.people.com.cn）

[2] Li J,Chen Q,Wu W,et al.Densification and optical properties of transparent Ho:YAG ceramics[J].Optical Materials, 2013, 35(4):748-752.

[3] Sheik-Bahae M , Said A A , Wei T H ,et al.Sensitive measurement of optical nonlinearities using a single beam[J].IEEE Journal of Quantum Electronics, 2002, 26(4):760-769.

[4] Gao J , Long Q , Han Q ,et al.12.7 W intra-cavity pumped Ho:YAG laser with near-diffraction-limited beam quality.[J].Optics Express, 2023, 31(11):17175-17184.

[5] Ho Y , Gruhler A , Heilbut A ,et al.Systematic identification of protein complexes in Saccharomyces cerevisiae by mass spectrometry[J].Nature, 2002, 415(6868):180-183.

[6] Okhrimchuk A G , Shestakov A V , Khrushchev I ,et al.Depressed cladding, buried waveguide laser formed in a YAG:Nd³⁺ crystal by femtosecond laser writing[J].Optics Letters, 2005, 30(17):2248.

[7] Beaud P , Zysset B , Schwarzenbach A P ,et al.1.3-μ subpicosecond pulses from a dye laser pumped by compressed Nd:YAG-laser pulses[J].Optics Letters, 1986, 11(1):446-450.

[8] Zhu S , Zhu X , Liu L ,et al.Theoretical and experimental studies of the spectral changes of a polychromatic partially coherent radially polarized beam[J].Optics Express, 2013, 21(23):27682-27696.

[9] Russbueldt P , Mans T , Weitenberg J ,et al.Compact diode-pumped 1.1 kW Yb:YAG Innoslab femtosecond amplifier[J].Optics Letters, 2010, 35(24):4169.

[10] 王建華,李明,張偉.中國激光技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢分析[J].中國激光, 2022, 49(10): 1001001.

[11] 張明遠.激光技術(shù)的起源與發(fā)展：從理論到應用[J].物理學報, 2020, 69(5): 054201.

[12] 李偉,王強.激光原理與技術(shù)：從基礎(chǔ)到應用[J].光學學報, 2019, 39(3): 0300001.

[13] 陳光明.激光物理基礎(chǔ)及其發(fā)展歷程[J].物理, 2018, 47(6): 361-368.