光是人類眼睛可以看見的一種電磁波,也稱可見光譜。光在科學上的定義,是指所有的電磁波譜。光是由光子為基本粒子組成的,具有粒子性與波動性,稱為波粒二象性。光可以在真空、空氣、水等透明的物質中傳播。人們看到的光來自於太陽或借助於產生光的設備,比如說激光。

激光是20世紀以來,繼原子能、計算機、半導體之後,人類的又一重大發明,被稱為“最快的刀”、“最準的尺”、“最亮的光”(激光的亮度約為太陽光的100億倍)。偉大的科學家愛因斯坦在1916年提出了一套全新的理論。這一理論是說在組成物質的原子中,有不同數量的粒子(電子)分布在不同的能級上,在高能級上的粒子受到某種光子的激發,會從高能級跳到(躍遷)到低能級上,這時將會輻射出與激發它的光相同性質的光,而且在某種狀態下,能出現一個弱光激發出一個強光的現象。這就叫做“受激輻射的光放大”。1964年,我國著名科學家錢學森建議將“光受激發射”改稱“激光”。激光在有理論準備和生產實踐迫切需要的背景下應運而生。

激光具有高亮度、高方向性、高單色性和高相幹性(單色性與相幹性意義相同)。在激光發明前,人工光源中高壓脈衝氙燈的亮度最高,與太陽的亮度不相上下,而紅寶石激光器的激光亮度,能超過氙燈的幾百億倍。因為激光的亮度極高,所以能夠照亮遠距離的物體。紅寶石激光器發射的光束在月球上產生的照度約為0.02勒克斯(光照度的單位),顏色鮮紅,激光光斑明顯可見。激光亮度極高的主要原因是定向發光。大量光子集中在一個極小的空間範圍內射出,能量密度自然極高。激光的亮度與陽光之間的比值是百萬級的,而且它是人類創造的。

1962年,人類第一次使用激光照射月球,地球離月球的距離約38萬千米,但激光在月球表麵的光斑不到2000米。若以聚光效果很好,看似平行的探照燈光柱射向月球,按照其光斑直徑將覆蓋整個月球。這是因為普通光源是向四麵八方發光。要讓發射的光朝一個方向傳播,需要給光源裝上一定的聚光裝置,如汽車的車前燈和探照燈都是安裝有聚光作用的反光鏡,使輻射光彙集起來向一個方向射出。激光器發射的激光,天生就是朝一個方向射出,光束的發散度極小,大約隻有0.001弧度,接近平行。

經過數十年的發展,激光現在幾乎是無處不在,它已經被應用在生活、科研的方方麵麵:激光針灸、激光裁剪、激光切割、激光焊接、激光淬火、激光唱片、激光測距儀、激光陀螺儀、激光鉛直儀、激光手術刀、激光炸彈、激光雷達、激光槍、激光炮……它的發展使古老的光學科學和光學技術獲得了新生。在不久的將來,激光肯定會有更廣泛的應用。

激光的出現還引發了一場信息革命,從VCD、DVD光盤到激光照排,激光的使用大大提高了效率,方便了人們保存和提取信息。“激光革命”的意義非凡。激光的空間控製性和時間控製性很好,對加工對象的材質、形狀、尺寸和加工環境的自由度都很大,特別適用於自動化加工。激光加工係統與計算機數控技術相結合可構成高效自動化加工設備,已成為企業實行適時生產的關鍵技術,為優質、高效和低成本的加工生產開辟了廣闊的前景。目前,激光技術已經融入我們的日常生活之中了,在未來的歲月中,激光會帶給我們更多的奇跡。

本書從激光與激光器、激光的應用、激光與航空、激光與能源、激光武器等多種角度闡述了激光這一舉世矚目的重大科技成就,並探索了人類利用激光技術的新途徑和新的應用渠道,有助於讀者全麵地了解激光的知識,正確地看待激光和人類的關係,為維護世界和平而努力。