九、激光带来的新发现

激光问世以来，科学上出现了不少有趣的现象，它们都是人们以前用一般光源观察不到的，有一些还是和人们原有的经验相违背的。

假定有一块均匀的透明材料，光线通过这块材料时在界面发生偏折，它在材料里面是以直线传播的。一束平行光线只有通过具有凸面或凹面的透明材料——透镜，才会发生聚焦或发散的现象。光线在透明材料内部传播时， 不会聚集或发散。这是千百年来，从许多自然现象和科学实验中的总结出来的规律。但是当激光出现之后，人们有了光强极高的新光源。用这种光源做实验时发现了违反经验的现象；在均匀透明材料内传播的光束，当把它的光强增加到某一程度时，光束不再直线传播，而自动地会聚起来；会聚以后的光强更高，甚至可以使透明材料炸裂。事实上，科学家在制造强激光器时， 就发生过作为激光物质的钕玻璃棒自行炸裂的事故。这也是激光自动会聚造成的，现在称为自聚焦现象。科学家对这一问题作了几年研究才弄清它的道理，同时也找到了防止激光物质自行炸裂的方法。概括地讲，就是强激光改变了透明材料的光学性质。

还有，日常生活经验告诉我们，红光通过透明材料后仍是红光，绿光通过透明材料后仍是绿光。假如红光和绿光混在一起，可以用透明有色材料滤光片把红光挡住，只让绿光通过，或者反之。用滤光的方法可以从白光光源获得各种色光，譬如舞台上的各种彩色灯光就是这样来的。交通灯有红、绿、黄之分也是灯罩上的有色玻璃起着滤光片的作用。但是没有一种透明材料能产生光源中所没有的新色光。激光出现后，奇迹就发生了：红宝石激光器产生的红光经过一种透明的晶体变成了紫外光；1.06 微米的红外线通过一块透

明的晶体变成了绿光⋯⋯经科学家研究后才知道，激光束经过晶体后，它的波长缩短了一半，频率增加一倍，这种现象称为光学倍频。所用的透明材料称为倍频晶体。现在还发展成倍频技术，专门用倍频来产生新波长的激光。1975 年前后，科学家用多次倍频产生了一种短波长的激光，它的波长是

0.0038 微米，在电磁波大家族中，地位处在紫外光和 X 射线之间，被称为“软X 射线”。这种激光是那时波长最短的激光，创造了一项世界纪录。

除了有不吸收光的透明材料以外，还有要吸收光的不透明材料。但在极强的激光照射下，这些不透明材料居然变得透明了。

现在知道用激光可以在金属和非金属材料上加工打孔的人比较多；但是，可以使激光模似大自然在空气中产生人工微型雷电，知道的人也许就不多了。在实验室里，只要有较强的激光，比如横向激光器发出的 10.6 微米红外脉冲激光就行；将它射到空气里，立刻能看到耀眼的一闪，听到响亮的一声“啪”，真象夏天大雷雨时的雷鸣电闪。这是激光的强电场使空气电离以后发生的现象。

将激光照到金属表面上，当功率密度超过每平方厘米 10 兆瓦时，也会造成局部电离的情况，发出轻微的爆炸声。这种现象也是前所未知的。

激光不仅能使空气发生局部电离，还能产生超声波。超声波是一种频率很高的电磁波，然后通过换能器把它转换成声振动。超声波用光来产生，这也是过去没有听说过的奇事。现在，用很强的激光照射石英晶体，就能直接产生很强的超声波，频率可以达到几十兆赫兹，脉冲功率可以高达几千瓦。还有一些更加重要的发现是在比较专门的科学实验中观察到的。在用激

光照射化学反应物的实验中，化学家发现，可以用激光做“分子剪刀”对分子进行“裁剪”。这样，化学家就能象服装设计师裁剪新式服装那样，“缝制”出各种新的化学合成材料。在激光化学实验中，科学家还发现了用爱因斯坦的光量子理论无法解释的多光子吸收现象⋯⋯

今天，激光技术已经为许多人所重视。工业界重视它，是因为激光在工业上发挥的独特“才能”以及巨大的发展潜力；而科学家对激光技术感兴趣是因为它能作为人们认识世界、探索科学新领域的有力工具。一方面，激光科学技术是量子科学、电子学、光学和多种技术综合成的新产物。另一方面， 因为它神通广大，激光技术又是各种新兴学科的生长点。从激光技术发展以来，科学家在物理、化学、生物和医学等等方面，用激光发现了许多新的现象，形成了许多边缘学科。有些现象至今还没有研究清楚，也许要等下一代年轻科学家来寻求答案了。