激光原理及其应用
激光指通过受激辐射放大和必要的反馈,产生准直、单色、相干的光束的过程及仪器。而基本上,产生激光需要"共振腔"(resonator)、"增益介质"(gain medium)以及"激发来源"(pumping source)这三个要素。
全息照的第三个特点是,在一张全息底片上可以分层记录多幅全息照,而且在它们显示画面时不会互相干扰。正是这种分层记录,使得全息照能够存储巨大的信息量。激光全息照的底片,可以是特种玻璃,也可以是乳胶、晶体或热塑等。一块小小的特种玻璃,可以把一个大型图书馆里的上百万册藏书内容全部存储进去。全息照相的用途日益广泛。 全息照相可以将珍贵的历史文物记录下来,万一有文物古迹遭到严重破坏,即使荡然无存,我们仍然可以根据全息照相重建。比如像北京圆明园那样的名胜,当年被八国联军焚毁,现在虽然打算重建,因为不知道原来的整个面貌,就难以完全恢复。如果全息照相提早100年发明的话,事情就好办了。 全息照相在工业上还可以用作无损检测。什么是无损检测呢?就是说,用激光全息技术既可以检查出产品有没有微小的毛病,又一点也不会损伤这些产品。 更令人感兴趣的是,目前全息照相还被用来拍摄全息电影和电视,不久观众会看到真实生活的图像画面了。即用激光“撞”击底片上的感光涂料,留下无数个对应的点,这些点经显影、定影后就重新变成文字或图像。这里,激光束相当于电子束,感光底片相当于电视机荧屏。接下来,用载有文字和图像的底片就可以去印书报杂志了。彩色电视机之所以能显示红、绿、蓝三色,是由于荧屏上涂有三色荧光粉,它们在电子撞击下会显出三种颜色。而激光照相排版也可以采用类似的原理,印刷出优美的彩色画面来。 (4)激光在医学上的应用 激光应用在医疗器械领域的成果是很多的,它可以扮演钻头、手术刀、焊枪等多种角色。 焊枪和钻头在眼科,激光主要是用来治疗视网膜剥离。视网膜剥离是一种很棘手的疾病,患者的视网膜与眼球内壁脱开,无法产生视觉。在激光没有问世之前,病人恐怕难免失明的苦难。 现在,医生可以用激光器对准病人眼底,使激光器发射出一束激光,通过加热使视网膜重新与眼球内壁合在一起。整个过程要不了几分钟,激光束就像焊枪一样,将病人的视网膜焊接好了。 除了焊接外,激光这把焊枪也可以用于切割。 白内障是老年人的常见病。病人的眼球前部的凸透镜——晶状体,由原来透明的弹性体渐渐变得混浊无弹性,光线就不能通过晶状体,落到眼底的视网膜上,病人逐渐看不见东西。治疗白内障的传统办法是,将眼球前部切开一条口子,然后从小口子中伸进一根细金属针。这根金属针温度极低,将浑浊的晶状体冻得粘在针上,然后一起从小口子中带出,显然,整个手术比较麻烦。 如果用医用激光器来治疗,不仅方便,而且效果好。只要将激光束对准眼球内晶状体的前表面或后表面发射,就可以迅速切除掉晶状体表面的混沌膜。 在牙科,激光可以代替牙钻。根据世界卫生组织统计,儿童的龋齿发病率是相当高的,大约达到75%。用激光治牙,病人几乎没有不舒服的感觉,而且只要不发炎,一次治疗就能解决问题。牙科激光器是激光器中的小弟弟,它的功率很小,只有3瓦,相当于一支节能灯,几乎不产生热量。它的发射端实际上是像头发丝那么细的光导纤维。 治疗时,只须将光纤发射端接近龋齿灶,发出激光束,龋处组织会分解,然后用清水冲洗掉。如果龋齿仅是浅度的牙珐琅质受损,激光束会将受损处的细微孔隙一一封死,这样便可以阻止乳酸腐蚀牙本质。如果已出现了龋孔,用激光束钻孔、清洗后,即可将人造珐琅质材料填入空洞中,再用激光加热接合处,使人造珐琅质材料与牙珐琅质融为一体。激光治牙不仅无痛、迅速,而且治疗后的效果也好。 激光手术刀如果要使用激光刀给病人的膀胱、心脏、肝脏、胃、肠等重要内脏动手术,难度就大了。激光怎么能进入到人的内脏里去呢?这就要靠医生手中的一件宝贝了,这件宝贝就是激光纤维内窥镜。 所谓内窥镜,是医生用来插到人体内直接观察器官的光学装置。但通常的内窥镜体积比较大,也比较粗糙,只能从病人口腔沿食道插到胃里观察。插胃是十分难受的,病人会感到很痛苦。激光纤维内窥镜则完全不同。用光导纤维做成的内窥镜又软、又细、又能弯曲,当它插入病人胃里时,不会有痛苦。除了胃,光纤内窥镜还能进入其他重要的脏器内。激光纤维内窥镜一方面可用来检查病人的脏器是否有病变,更主要的是可以将激光能量输入体内脏器中,对病变组织进行照射,也即加以切除,起到手术刀的作用。而且,用激光刀切割,伤口能自动止血,不需要结扎出血点,大大缩短了手术时间,伤口也不会发炎。如果用激光刀切除恶性肿瘤,还可以防止癌细胞扩散呢。 (5)激光武器 激光导弹在海湾战争中,以美国为首的多国部队向伊拉克境内发动大规模空袭,摧毁伊拉克的许多重要军事目标。最后,这场战争以伊拉克的失败而告终。有人说,海湾战争是一场先进武器的较量,这话确有道理。 |
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