1激光育出新品種
農作物常規育種是在大麵積或大量的植株中進行篩選，從中發現有優良性狀的植株後，再逐年培植、逐年篩選，直至得到品質優良、性狀穩定的新品種為止，一般需要3到4代以上的時間。如美國伊利諾斯州農業試驗場，研究選育出的一種玉米，使群體蛋白含量的平均值從10.95%，增加到26.60%，整整耗費了70年的時間!所以說，一位農業專家一生中能夠培育出一個良種也就很不簡單了。
常規育種利用的是自然發生的突變，稱為“自發突變”，要很長時間才能發生。人為地利用物理、化學等因素也可以起基因突變，稱“誘發突變”，這種突變有可能在短時期內發生。利用誘發突變培育良種，稱“誘變育種”。
誘變育種有化學誘變、核輻射誘變、光誘變等，激光育種屬於光誘變的一個新的分支。
最簡單的激光誘變適用於顆粒籽種，如小麥、水稻、穀類、籽播蔬菜類等。其方法就是選用合適的波長、功率和時間對籽種直接進行照射，然後播入土壤按常規方法培育，從中選出有異變特征的植株，以獲得所需的新品種。
比較複雜的激光誘變育種就要麻煩一些。以西南師範大學培育甜橙為例，從中我們可以了解到大概的情況。該大學是從1975年開始用氦-氖、汝玻璃、氦-鎘等激光器對錦橙進行誘變育種的。他們將經激光照射的3200個幼芽，高接於20年生錦橙樹冠外圍斜生層上，對長出的初生枝保留基部4至5個芽進行短裁修剪。因為大多數突變通常都局限在初生枝基部的5至10個芽內，1978年高接的枝序結果後，分別進行果實的品質分析和鑒定，從中篩選出變異較大的8個枝序。1979年從這8個枝序上取芽，再次高接於18年生的成年結果的紅桔樹冠外部，獲得激光照射的第二代。1982年至1985年逐年結果，顯示出遺傳穩定性。1986年通過鑒定，終於育成了早熟、多糖、少核的甜橙新品種。
激光在培育動物新品種的工作中，則是利用了生物遺傳工程技術。把兩種不同種類的生物細胞融合在一起，構成另外一種新細胞，就製造出了另外一種新的生物體。如用激光微束給稱為“龍角”的蠶卵細胞打孔，然後從中注入稱為“黑縞”蠶的某種染色質溶液，經過孵化培育，就得到了具有特殊性質的新品種蠶。
2五穀六畜巧“施光”
長期以來，人們對農業隻重視植物的根部作用，毛澤東主席提出的“水、肥、土、種、密、保、工、管”的農業“八字憲法”，都與根部有關，很少涉及到光。而我們在學校裏曾作過植物的光合作用的試驗，證明了光在植物轉化澱粉和蛋白質過程中起到的重要作用。
我們既然可以根據土壤的情況和不同農作物的需求來“按需施肥”，那麼能不能可以“按需施光”呢?這個設想在以前是不切實際的。因為當時所能利用的隻有太陽光和燈光，而這兩種光都是連續的混合光譜，它隻能讓農作物吃“大鍋飯”，不管是哪種農作物，它們是一律享受同等的光譜成份、同強度的光照。
在激光器問世以後，人類開始擁有強度很高的單色光源，這下子我們就可以對不同種類的農作物，在不同的生長期內，給它們照射不同顏色和不同“劑量”的光，實行“按需施光”了。基於上述原理，早在60年代，國外學者發現用紅寶石激光或氦氖激光照射胡蘿卜，蠶豆等種子，可以提高發芽率和出苗率。
白俄羅斯科學院遺傳和細胞形容所提出，使用441.6納米的藍色氖-鎘激光和波長為632.8納米的紅色氦氖激光，照射播種前的小麥和大麥種子，會大大增加產量，最佳配方是：先用氖一鎘激光器的連續光束，在每平方米10瓦的功率下照射種子2小時，經3個小時的中間間歇後，再用氦-氖激光束繼續照射2個小時。
除用激光照射種子外，也可以在植物的苗期或生長期用適當劑量的激光照射植株，在夜間進行效果更好，通常進行掃描照射，劑量視照射對象的不同而不同。很顯然，這種方法遠不如照射種子經濟便捷，所以迄今對其效果報道的很少。
這一發現引起了國內外一些專家學者的注意。他們通過大量動植物研究試驗，認識到一個規律，即用適當的低劑量的激光照射，能促進生物的生長發育，這叫激光的生物刺激效應。從60年代開始，我國先後有27個省市的科學技術人員使用激光對小麥、水稻、大豆、油菜、棉花、果樹等200多個品種的農作物進行了照射處理，的確收到了較好的效果。如小麥，用二氧化碳激光照射後，它的畝產收成比對照組的高2成左右，並且它的營養成份也獲得了提高，其中蛋白質含量約15%，麵粉出粉率為82%，都比對照組的高。
盡管植物在生長期照射激光能帶來種種有利的結果，但由於大田作物植株數目較多，而且極為分散，所以必須有適當的激光設備，方能進行大麵積輻照，河北大學物理係激光組製成的激光田間掃描儀，就是一種可喜的嚐試。
需要指出的是，這種照射與激光誘變育種的照射是不同的。
用激光照射農作物取得的成功，也激起了畜牧業技術人員作激光試驗的興趣。他們在養雞場對種蛋進行照射，就能夠提高孵化率；用激光照射鵪鶉蛋，孵化率平均提高11%，而且孵出的雛鶉出殼快，弱雛少。用激光照射過的來航雞蛋種，孵化率平均提高9.6%，孵出來的小雞平均體重增加約1.7克，小雞長大後生的蛋重量也有所增加。
用激光照射處理山羊的精子，結果能夠成倍地提高精子成活期，這樣就能提高山羊的受孕率，繁殖出更多的山羊來。
有人試驗用氦氖激光照射羅非仔魚，發現照後仔魚個體生長快，發育整齊，體重比對照組增加86%，並且對外界溫度變化的抵抗力增強，發病死亡率降低3.8倍。結論認為是機體酶功能增加的結果。
在現代化的醫院裏，醫生可以使用各種各樣的激光醫療機為患者治病。同樣的道理，用激光為牲畜治療也就順理成章了。比如仔豬的白痢症，這是仔豬的常見病，多發病，常引起新生仔豬大批死亡。用常規的辦法來治仔豬病，單就喂藥就夠麻煩，不時因灌藥受嗆引起異物性肺炎，造成死亡事故，同時療程比較長，還容易複發。現在施以激光來治療，情況就不一樣了。用一束二氧化碳激光束對準仔豬穴位照射1至2秒鍾，便能把病治好，神奇極了。
3汪洋激光建牧場
在呼侖貝爾大草原上，牧民們用土牆或柵欄把一定的區域圍起來，或是養草，或是放牧。隨著科技的發展，原來的木柵欄換成了鐵絲網，上麵通上高壓脈衝電流，當牛羊一碰上便被電擊一下。雖然電壓高，但由於電流非常微弱，所以，對牲畜沒有什麼危險。時間一長，牲畜由於條件反射，便不會越過圍欄了。這種裝置被牧民稱之為“草庫侖”。
那麼，能不能把“草庫侖”移到大海上去呢?長期以來人們嚐試了許多種辦法。如使用浮漂、欄柵及護網等工具，把魚群圈在一定的區域內活動。但這些方法都存在著維護管理困難、捕撈船帶來的汙染、浮漂阻礙海水交換而引起水質惡化等問題。所以“海洋牧場”的設想一直未能找到有效的途徑來實現。
隨著激光應用領域的不斷擴大，一些國家的科研人員就想到了用激光在海上建立類似於電柵欄草庫侖的海上養殖場。
日本某研究機構對用激光控製魚群活動的設想進行了試驗。試驗分為用激光誘魚和用激光驅趕控製魚群兩個內容。
激光誘魚試驗。這項試驗在室內小麵積水槽裏進行，該水槽是個容量為24立方米、平均水深50厘米的正多邊形水泥池，為了比較魚群在受光刺激與不受刺激時所出現的不同，池內每隔120度角，設了三個觀察麵(S0，S1，S2)其中S0麵裝有激光刺激係統，S1和S2麵則沒有。
激光係統用氦-氖激光器作光源，光為633納米的紅色可見光，輸出功率為5毫瓦。另配有3套平行光纖係統、反射鏡及驅動裝置各一台，整個試驗過程由計算機控製。
激光係統啟動後5小時，魚群沒有明顯反應。經過連續25個小時光照刺激後，魚群對光產生了明顯的變化反應。在激光照射後，魚群對光產生了視認，所以被引誘到光源附近。經過後期連續的試驗，並通過對獲得的數據圖表進行分析，發現激光在工作狀態下，魚群總是集聚在光源一定距離內遊弋。繼室內試驗完成之後，他們便在海麵上進行更大範圍的試驗。他們用底網、側網等工具圍成一個帶有可開閉端口的9×18×2米的試驗區。仍使用氦氖激光器作光源，但輸出功率增加到10毫瓦，每小時耗電6瓦。使用了6組平行光纖係統。試驗中沒有室內水槽所用的掃描光束。進入試驗後，每天下午6時後端口開放，激光係統同步工作到次日清晨6時，端口封閉，激光係統停止工作。經過3晝夜的試驗後，對激光控製區域內的魚群進行捕撈和統計。結果表明，65%以上設有標記的投放魚群仍留在試驗區內。而另一除激光係統外設備條件相同的對照組，則跑得一條不剩。這證明激光控製魚群是有效的。
日本石川島播磨重工業公司，在激光封閉和誘魚的基礎上，另辟蹊徑，計劃進行把魚群趕進網內或指定海區的技術。其方法是，將激光束沿水平方向發射，形成“柵欄”，封閉一種叫真鯛的魚群。當激光照射時，真鯛便試圖避免這種刺激。利用這種方法就可以控製和驅趕魚群。
上述試驗雖然取得了一定的成功，但也存在著許多問題。如光在水中的衰減很大，更長時間的光照刺激會對魚產生哪些生理影響等，都有待於在今後的試驗中予以認識和解決。
4土壤成分“光”知道
醫生好不好並不在於用的什麼藥，而是在於病看得準不準。種莊稼也一樣，施用什麼肥料也不在於肥料高級不高級，而是看土壤裏缺什麼植物需要的成分。一句話說起來容易，但真正實行起來卻是很困難的。因為醫生有X光機、CT等現代化的診斷工具，而農民手中卻沒有，隻能憑經驗和看植物的生長情況而定。這樣要麼是濫施肥料造成浪費，要麼是失掉時機造成損失。
美國佐治亞理工學院的科學家們，開發了一種廉價的激光化學傳感器，以有效地監測土壤中的化學變化。這種裝置采用激光束代替探針，迅速地為化學傳感器提供可分析的樣品。例如土壤失了氮時(這是許多化肥的關鍵性成分)，它會頻繁地發出氨，傳感器測出氨的漲落級，並把它轉換成數字或模擬信號，人們就可以對土壤中肥料的情況一目了然了。
此項技術同時也得到了環境保護部門的稱讚。因為采用這種儀器實施田間管理“對症下藥”，不但可以節約一半以上的肥料，降低成本，而且由於避免了濫施化肥而保護了環境。
5人工降雨新思路
為了解除幹旱，現在人們普遍采用人工降雨的技術。目前所使用的無非是飛機撒播碘化銀之類的化學藥劑，或由火箭將化學藥劑送入雲層中。而英國科學家卻另辟蹊徑，就是設計了一套利用激光對氣象過程施加積極性幹擾的方案。
其設計思路是：當激光對雲中微小水珠施加作用時，小水珠就聚集成大水滴，從而使某一地區出現降雨。物理過程是：激光使小水珠釋放電子，獲得正負電荷。由於靜電效應，電荷種類相反的兩個小水珠相互吸引而彙合成一個較大的水滴。當這種過程重複一定次數後，就形成了尺寸足夠大的水滴。計算及試驗表明，激光的工作波長應小於100毫微米。
有關工程技術人員認為，從原理上講，可以製造一種便攜式激光人工降雨器，能在任何需要的地區進行人工降雨。
(二)防災環保顯身手
自然災害是人類的大敵，它往往以突然爆發的形式給人們的生命和財產造成巨大的損失，所以全世界的科學家都在各個國家的大力支持下與各種各樣的自然災害作頑強的鬥爭。
在防災和環保的科研和實踐過程中，激光以其不可取代的優勢發揮了極大的作用。
1預報地震的激光網
提起地震，人們很自然地想到1976年7月28日唐山的災難，可以說，在目前已知的災害中，地震是危害最烈的一種自然災害，地震預報是使人類免受地震巨大危害的唯一出路。
日本是個多震的國家，在地震的研究中，其技術處於領先的地位。
日本浜鬆光電子公司與靜岡縣合作，試製安裝了一套預測地震用的超長距離精密光波測距儀。這套儀器以最終低於1毫米的精度密切監視處於東海地震震源地駿河海溝兩側的靜岡——伊豆間的距離，用測量板塊移動量來預測地震。
該裝置利用伊豆半島上設置的反射鏡，反射靜岡一側發射的光，精確測量光的往返時間。
該裝置的局限性在於，測量的距離受地球曲率的影響。用同樣的原理可以使用地球同步衛星測量大陸板塊的移動，但這樣受衛星定點的精度和大氣中光線折射修正技術的影響較大。
2激光引導雷擊避災禍
日本東京電力中央研究所借助激光，進行的人工引雷擊試驗引起了電力界的極大興趣。因為迄今的停電事故中，半數以上都是因雷擊而引起的。
眾所周知，輸電線鐵塔接有良好的地線，也采取了各種絕緣措施，各變電站也建有複合避雷針裝置，但雷擊停電事故仍不能完全避免。尤其在近海地帶的冬季，雷擊區域在雲上的高度僅為1000米左右，加之在雨、雪、霧等潮濕氣候的氣象條件下，雷擊事故就難以避免了。
為了減少雷電引起的斷電事故，研究人員設想在雷雲接近時，用激光開辟通道，把雷引到安全場所。他們利用激光，將激光束通過的空間的空氣變成等離子氣體，使處於絕緣狀態的空氣變成電流容易流過的通道，從而強製性地將雷引到了避雷針上。
3巡天遙測汙染源
由於人類以前所未有的熱情投入了海洋的開發和利用，使得海上運輸、海上采油、海上采礦等顯得熱鬧非凡，但同時帶來的問題就是海洋的汙染。而有效地對海洋進行汙染情況的監測就成為當務之急。
通常用巡邏艇攜帶儀器進行海洋監測，耗資大而效率低，所以近年來各國均傾向於用飛機進行巡邏監測。
德國克魯伯馬克機器製造公司，與合作者共同開發了一種由空中監測海上汙染的組合式測量傳感器，並為裝載在DO228型飛機中的這套係統，提供了整套執行任務的計算機軟件。
與以前測量傳感器相比，新設備作了一係列改進，尤其在識別油汙染方麵，它具有特高的測量精度。其原因是采用激光雷達進行海麵掃描，用高靈敏的光學傳感器分析海麵反射回的信號。這種傳感器不僅能測出油層的厚度，更奇妙的是它還能識別油的種類，並能辨別海藻及確定其他發光有害物。新型數據流傳送裝置用於空中——地麵聯絡。飛行結束後，由地麵計算機處理所獲得的數據，形成一份詳實的報告材料。
利用該係統，還可以檢驗海洋流動力的相互作用情況，研究淡水與鹹水的混合。激光雷達能激發河流輸送到海洋中大量植物有機染料發出的熒光，跟蹤這些材料在海洋中的分布和稀釋，是了解汙染河水對水下生物影響的重要手段。激光雷達也能激發海洋生物中浮遊植物包含的葉綠素發射的熒光，這樣就可以測得海洋中的生物含量。
4危險氣體貯存的自動監視
煤氣、液化石油氣等，是石油化工行業的生產原料和城鎮居民生活的必需品，所以在廠區和城市都建有貯存裝置。任何事物都是一分為二的，這些氣體能為人類造福，同時也會發生事故給社會造成巨大的危害。所以，建立一套靈敏可靠的監視係統是十分必要的。
日本三菱電機研製成功了一種利用半導體激光檢測氣體泄漏的高性能氣體傳感器。在石化廠或其他貯存設施周圍利用移動式機器人巡視，當然也可以將傳感器安裝在固定設施上使用。
這種半導體激光氣體傳感器的工作原理是：某一波長的激光會被特定的氣體所吸收，而吸收的情況視激光的頻率和氣體的種類不同而有所不同。半導體激光器發出波長稍有不同的兩束激光，遇到牆壁、金屬等障礙物時便被反射回來。返回的反射波由聚光反射鏡俘獲，並被轉換成為信號送往計算機處理。激光在返回途中被特定氣體所吸收後，兩束激光將形成強度差，並能加以檢測。如有被監測的氣體泄漏，便可立即報警，通過有關人員前往檢查修理，避免火災、爆炸或毒氣外逸等事故的發生。這種檢測器監視的濃度可達100ppm。
5火災現場的透視儀
日本鬆下技研公司研製成防災用“激光視覺傳感器”，它能探索到因受煙霧或火焰等的影響使人眼無法看到的物體。它是采用了一種用二氧化碳激光照射物體，再由其反射光形成圖像的主動型傳感器。可廣泛應用於火災現場的觀察、指揮、救護，以及安裝在搶救火災的機器人上。
火災時產生的火焰，會發射以紅外線為主的各種波長成分。因而即使能夠透過火焰照射激光，而來自檢測物體的激光反射光，也會因被火焰噪聲淹沒而幾乎不能識別圖形。此種“激光視覺傳感器”技術的關鍵是利用激光一定的波長和相幹性，提取出所需的激光反射信號。
火災產生的煙霧通常由微粒構成，例如樹脂或油類燃燒時生成煙粒的場合，通常混有0.01微米大小的粒子。在這種煙霧環境下，即使照射可見光(波長約0.38～0.77毫米)，因受煙霧粒子的散射和吸收而幾乎不能通過。然而，如果使用波長比煙霧長得多的紅外光，便能透過煙霧環境。此次製成的激光視覺傳感器使用波長為10.6微米的二氧化碳激光，因而在這種煙霧的環境能得到優良的傳輸特性。
這種激光視覺傳感器的優點還在於，不但可知道是什麼物體(明暗信息)，而且可以知道位於何種距離(距離信息)，因為至物體的距離可由振幅調製的激光照射和來自物體反射光的時間延遲求得。這些信息由反射鏡組合成的三維掃描器提取，被圖像存儲器存儲後，分別以距離圖像和明暗圖像顯示於電視裝置上。
121 科技觀察（二）