全球激光市場的穩定增長

激光於1960年誕生，很明顯，激光能夠產生強度，純度和精度很高的集中光束。

製造商將激光用作鑽頭，切割工具和焊炬。對於外科醫生來說，激光既是手術刀又是縫合線，也是診斷工具。對打印機而言，它是排字機和照相製版機。用激光來刻錄的視頻和音頻也十分普遍。

激光已被軍方用作測距儀和瞄準裝置。一些國防戰略家認為，安裝在衛星上的激光武器有一天可以用來攔截和摧毀核導彈。美國里根總統就國防政策向美國進行電視轉播的講話中認可了這一想法。里根說：“我知道這是一項艱鉅的技術任務，在本世紀末之前可能無法完成……”。“但是，將世界從核戰爭的威脅中解脫出來，是否值得進行激光事業的每項投資？”

在1977年的電影《星球大戰》及其續集中，成千上萬的美國人目睹了模擬的激光戰鬥。這讓人們對激光武器產生了很大興趣，也對激光武器產生了恐懼之心。不可否認，激光是當今高科技事業中重要的組成部分。

激光是如何產生的？

激光是如何產生的？可能很多人不知道激光的本質。

世界上第一臺激光器是1960年加利福尼亞州的休斯飛機公司Theodore H. Maiman博士製造的。但是，公眾不認為Maiman是第一臺激光設備的發明者。激光榮譽通常被授予Dr. 查爾斯·湯斯和阿瑟·肖洛，他們撰寫了一篇有關激光的開創性期刊文章，並於1958年獲得了第一項激光專利。

古爾德創造了“激光”（laser）一詞，該詞是“light amplification by stimulated emission of radiation ”的縮寫。該詞源自“ maser”，其中“ m”代表微波。

電磁波在自然界中以“非相干”形式存在。換句話說，電磁波在許多不同的方向上以不同的波長和頻率傳播。在激光發明之前，物理學家已經學會了使用電子管，閥門和晶體管來控制較長的光譜波，迫使它們在某些波長或頻率上“相干”傳播，這一進步導致了無線電技術的發展，例如電視和雷達。

德國物理學家普朗克的量子理論，該理論指出輻射由微小的能量或“光子”組成。

原子在被激發到比正常更高的能級時會釋放相同頻率的光子。湯斯用微波撞擊紅寶石棒，將棒中的原子激發到更高的能級。當它們返回正常狀態時，原子釋放出與刺激微波相同頻率的光子。這些光子以單個頻率和波長相干移動，產生了一個放大的微波信號，其強度遠大於原始信號，使微波激射器在太空研究和衛星通信中非常有價值。

微波激射器和激光的原理相似，但是在激光中，原子被激發而不是微波來發射光子。激光管或腔體包含一種介質，該介質可以是固體（例如用於激射器中的紅寶石棒），氣體，液體，化學材料或半導體材料。

當介制受到閃光，熱，電或化學反應的刺激時，介質中的原子發出的光子相互吸引並形成相干流。流在腔體兩端的反射鏡反射，從而吸收更多的光子並獲得能度。由於其中一面鏡子是半透明的，因此部分光子流最終會逸出空腔。

不同的激光元件需要不同形式的刺激。例如，Maiman的原始激光器包含紅寶石晶體，該晶體被來自照相閃光燈的光脈衝激發。氣體激光器一般以電加熱的方式激發，包括工業和通信中常見的氦氖激光器和二氧化碳激光器。

在許多化學激光器中，介質通過自身與另一種化學物質的反應而受到刺激。所用介質的類型還決定了光束的顏色。氦氖激光器產生可見的紅色光，氬激光器產生綠色的光束，二氧化碳激光器產生不可見的紅外線。

激光可以產生連續光束或脈衝光束，許多激光都可以同時產生，激光束的強度也變化很大。氦氖激光束不會傷害人，但二氧化碳激光器的光束可以在鑽石上鑽孔，非常短的激光脈衝達到的峰值功率大於世界上2.1萬億瓦的總髮電量。

美國總統對激光武器的支持

從理論上講，以光速傳播的激光束可以在幾分之一秒內跟蹤並摧毀敵方導彈

激光武器的發展並不是什麼新鮮事物。自從激光器問世以來，美國國防部一直在研究這個東西。

美國一年的軍費中有將近三分之一專門用於太空武器，其中就包括激光武器。

激光武器在不同方面的應用

1.驚人的事實，激光可以將水冷凍

2015年，科學家們首次發現瞭如何使用紅外激光將水冷卻約華氏36度(約2.3攝氏度）的方法。

教授Peter Pauzauskie表示：“通常，當您去看電影並看到《星球大戰》激光衝擊器時，它們會加熱東西。這是激光束的第一個應用示例，然而激光不僅能加熱東西，也能在日常條件下對像水一樣的液體進行製冷。是否能夠做到這一點確實是一個懸而未決的問題，因為通常情況下，水在被光照亮時會變暖。

為了實現這一突破，科學家使用了一種常見於商用激光器中的材料，但實際上卻相反地運行了激光現象。他們用紅外激光照射了懸浮在水中的單個微觀晶體，以激發一種獨特的微光，其能量比吸收的光量略多。

這種較高能量的微光將熱量從晶體及其周圍的水帶走，導致水的溫度降低。

激光製冷過程最早是在1995年美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的真空條件下進行演示的，但用了近20年的時間才在液體中實現了製冷過程。

如何設計和建造激光晶體？

通常，製造激光晶體十分昂貴，需要大量時間，並且僅生產一克材料就可能花費數千美元。研究人員證明，低成本的水熱工藝可用於以更快，更便宜且可擴展的方式製造用於激光製冷應用的知名激光晶體。

科學家設計了一種儀器，該儀器使用激光凹鏡，類似於顯微鏡的牽引光束，將被液體包圍的單個納米晶體固定在室內，並用激光對其進行照明。科學家僅展示了單個納米晶體的冷卻效果，因為激發多個晶體將需要更多的激光功率。激光製冷過程目前非常耗能，我們還要尋找提高效率的方法。因此，雖然實驗中證明激光可以把水晶體冷卻，但是在生活中還無法對大量的水進行冷卻，那麼我們用激光造冰箱的願望暫時就實現不了了。

經常用電腦的人都知道，電腦CPU會經常發熱，CPU溫度過高會損害CPU，而目前冷卻CPU的方法是藏在電腦中的小風扇，倘若激光冷卻技術繼續發展，我們就可以用激光冷卻CPU了，到時候人們就再也不用擔心CPU溫度過高了。

冷卻計算機芯片的完美方法？

很少有人考慮過如何使用這項技術來解決問題，因為以前人們認為不可能使用激光來製冷液體。自從發現激光能冷卻液體，這一發現可以幫助工業用戶以集中的光線“指向”涼爽的微小區域。例如，CPU可能有一天會使用激光束冷卻計算機芯片中的特定組件，以防止過熱並實現更有效的信息處理。

科學家還可以使用激光束精確冷卻細胞分裂或自我修復的部分，從本質上減慢細胞分裂的速度，從而幫助生物學家研究細胞分裂過程。

人們對細胞如何分裂以及分子和酶如何發揮作用非常感興趣，而且從來沒有將它們冷凍後的研究工具。使用激光冷卻，可以像慢動作電影一樣，這樣就不必把細胞殺死了，可以研究活體的細胞。

2.瑪雅文明古遺址如何發現的？

叢林中隱藏的金字塔和巨大的堡壘。遍佈沼澤地的農場和運河。穿越雨林叢林的高速公路，這些是美洲存在的古老瑪雅建築，據估計瑪雅文明遺蹟超過61000個。考古學家最終使用激光雷達的激光測繪技術發現了這些建築。

這項發現在《科學》雜誌上發表，提供了古代瑪雅人如何在大約公元前1000年至公元1500年的2500多年前對周圍的景觀進行改變的快照，並且可能會改變考古學家的看法，使他們瞭解古代社會的各個方面，人口規模，農業實踐和戰朝之間的衝突。

古老的瑪雅人盛行於今天的墨西哥南部，危地馬拉，伯利茲和洪都拉斯西部。他們在木板，石頭和陶瓷上作了十個繪畫和題字的遺蹟，在其複雜的象形文字中，詳細記載了國王，皇后和戰爭的故事。

在象形文字中，我們能看到一系列王國參與了政治故事，他們在這裡結婚，戰鬥，互相殘殺。激光雷達揭示了這些戲劇以文字形式錄製的舞臺。

激光雷達類似於聲納或雷達，科學家使用激光脈衝來繪製瑪雅文明區域。

2016年，休斯敦大學的研究員乘坐配備了激光雷達的飛機在危地馬拉北部800多平方英里的森林中飛行。飛機在叢林冠層上方約2000英尺處，他們每秒鐘用激光雷達向地面發送大約一百萬個激光脈衝。

人在天上無法用肉眼看到下面的古遺蹟，而激光卻能發現下面的地理形態，從而發現瑪雅遺址。

研究員用激光製作了3D地圖，揭示了房屋和廟宇，溝渠和護城河等防禦工事以及農業梯田和道路的新居民點。

對於研究員來說，最大的驚喜是發現了由河道和運河帶動的廣闊溼地。現在人們認為無法使用的數百平方公里的沼澤實際上都是以前生產力最高的農田。所以可以看出古代瑪雅人很善於開發土地和利用土地。多虧了激光雷達，我們才能看到古代瑪雅建築遺址。

3.雷神公司為美軍制造激光武器

雷神公司是美國最大的武器開發商之一，而它正在推動新型激光武器的生產。

幾年前，雷神公司宣佈根據美國陸軍高能激光戰術車輛演示計劃的一項價值1000萬美元的合同，為美國陸軍的新型中型戰術車輛系列開發激光戰車系統。美國安全部隊可能很快將擁有激光步槍。

據稱，雷神公司生產的激光武器將能夠摧毀火箭，大炮和小型無人機。

激光武器發展遵循了全球武器系統的趨勢。中國科學家研發了新型的ZKZM-500激光突擊步槍。它的光束可以穿過窗戶，據稱可以導致人體皮膚即時碳化。

中國的激光武器不是科幻電影中經常看到的那種發光的激光。相反，它會發出肉眼無法看到的光束。這種激光步槍已經準備好進行批量生產，會大規模在特警中使用。

激光武器屬於更廣泛的定向能量武器（DEW）類別，其中包括在電磁波光譜和聲音聲波光譜上工作的武器。

在美國，DEW在2019財年《國防授權法案》中得到了突出體現，該法案要求五角大樓“開發，建立和協調定向能量測試活動”，並呼籲“開發和部署定向能量系統以滿足國家安全需求。”

雷神公司於1960年製造了第一臺工作激光器，目前已經生產了50000多套低功率軍用激光器，主要用於瞄準。它一直在為美國海軍陸戰隊的地面車輛開發激光系統，該系統會使小型飛機失靈。

相比於上面所說的激光冷卻器，激光武器的花費少的多，即使是大型激光系統，一次射擊也僅花費約一美元，所以用激光攔截導彈比用導彈攔截導彈會省下大量的軍費開支。

公眾對激光武器的批評

激光武器的批評者認為，這種武器不太可能對我們的戰略防禦產生重大影響。有的科學家說，現有技術中的激光武器根本行不通。例如，要想用激光攔截導彈，儘管紅外線足以在遠處的物體上燒一個洞，但紅外線只有中等的穿透力，並且必須停留在目標的同一位置上，直到完成任務為止。

而我們知道，導彈飛行的速度非常快，激光很難持續保持照射在導彈的同一位置上，因此用激光攔截導彈會花費大量時間。在某些危急時刻，還得依靠導彈來攔截導彈，只需要一次性精準打擊。

許多科學家敦促國防計劃制定者將注意力轉移到紫外線和X射線波段的短波激光器。科學家尚未能夠掌握的較短的波將具有更好的穿透力，並且需要更少的時間。

波長爭議並不是激光武器面臨的唯一技術問題，開發激光發射器的鏡面同樣具有難題，強度和光學完美性很難同時滿足。

即使可以克服這些技術問題，也很容易使激光武器無效。美國和俄羅斯都在研發反衛星武器，它們可能與衛星（包括激光衛星）相撞，在太空中爆炸的核武器會產生電磁脈衝，從而損壞或破壞激光的敏感儀器。

儘管高能激光武器引起爭議，但低能激光設備已經成為美國軍事硬件的重要組成部分。早在越南戰爭中，美軍就使用了所謂的“智能”炸彈，該炸彈能夠檢測瞄準目標並進入目標的激光反射。許多坦克都配備了紅外激光測距儀。激光束從目標反彈並返回到接收設備所花費的時間量有助於計算坦克到目標的距離。

激光技術潛力無限

科學家正計劃用強大的激光轟炸一小片原子燃料，以引發聚變反應，一些能源專家認為這可能是聚變反應的主要能源。我們知道，目前要想發生核聚變反應就要用原子彈引爆，而這非常危險也浪費原子能。假如未來能用激光引發核聚變反應，將為世界能源短缺問題帶來光明。

對任何新技術過於樂觀或熱情都存在危險。從安裝在衛星上的激光武器到光學計算機，許多激光設備距離完美都需要數年甚至數十年的路程。在許多工業過程中，出於技術或經濟原因，激光不太可能實用。但是，在短短几十年中，科學家，醫生，實業家和企業家發現了數量驚人的激光應用。

激光對人的影響就像計算機對人的影響一樣巨大。

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關鍵字: 休斯飛機 核戰爭 雷達