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发信人: cs (cs), 信区: Physics
标  题: 前途无量的激光高科技--杜祥琬
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年04月17日18:57:56 星期二), 站内信件


前途无量的激光高科技
杜祥琬
问：自激光问世以来，它已经奇迹般地改变着我们的世界，
请您谈谈激光特性与激光应用的关系？
答：激光是20世纪最重大的科学发现之一·。它的问世开辟了
科学技术研究和应用的新领域，它在经济、技术、科学研究、社
会生活和国防等方面引起了一系列革命性的变革，成果累累。在
人类即将进入新世纪之际，可以预言，激光研究和应用的厂L度与
深度必将有一个大的发展，对人类社会的进步作出巨大的贡献。
激光（1，ASER）一词是指辐射的受激发射过程中产生并被放
大了的光（1，ighi AmplificaiionbVStimulated Emission of Rad卜
ation）。这里的关键同是“受激”，即激光是在外来光于的激励下进
行的辐射放大过程的产物。激光本质上也是光辐射，只是由于受
激产生，使它具有了普通光所没有的一一些优异的特性：
1。方向性好，即激光束在空间传播时的发散角小，光斑小，是
一种定向的光。
2．单色性好，即激光的波长范围比较窄，或者说光谱比较纯。
3．亮度高，这是和激光发散角直接相关的。在光源功率相同
的情况厂，激光在其传播力”向上的亮度比普通光的亮度可高出k
百万倍。
4．相于性好，即激光器发出的光，如同从·一个点向…·个方向
发出的一样，具有同样的相位、频率和振动方向。而普通光源发出
的光是非相干的。
激光的许多应用都是和这些特性相联系的，也正是这些特性
使它能起到普通光所起不到的作用。
强激光是目前世界卜激光研究的…·个热点。所谓强激光通常
是指高功率激光或高能量激光。后者除要求较高的功率外，还要
求有一定的持续时间，在所需的时间间隔内，连续或准连续地保
持较高的平均功率。如激光加、工和某些军用激光都属于这种，葛能
激光。
有些高功率激光虽然持续时间很短，但冈功率极高，当与物
质相互作用时，也能产生很强的效应，从而为…，些重要的研究提
供条件。有时还希望脉冲时间尽量缩短，以从事一些特殊的研究
（如超炔过程）。
不同的应用目的对激光的输出能量，功率和脉冲结构等有着
不同的要求。此外，许多应用还对激光的光束质量提出了很高的
要求，因此，提高单色性，改善输出光的模式，改善光斑上的光
强分布，减小发散角，使波长可调等都是重要的研究方向。为了
满足…，些重大应用的需要，激光器工作波长的范围也在不断拓
宽，目前，从远红外波段到调光波段均已有激光产生。人们甚至
在研究y（伽玛）激光的概念。新型的激光器不断涌现。半导体激
光泵浦的固体激光、自由电子激光、短波长化学激光、准分子激
光以及调射线激光的研究都有了长足的进展。
问：我国863计划激光技术领域的研究工作进展情况如何？
答：我国高技术研究发展计划（863计划）的重要领域之一，就
是激光技术。该领域旨在发展高质量、高功率的新型的激光科学
技术，斤发它们的应用。8年来，取得了一一系列进展，前景广阔。这
里，我只能对其中的几项作点扼要介绍。
·高功率阎体激光
激光核聚变和调射线激光的研究目前都用高功率铰玻璃激
光器作为驱动器。在这一需求的带动下，国际k高度重视高性能、
高功率钛玻璃激光及其借频与三倍频技术的发展。现在我国已有
神光1装片和星光装祥，日前正在对神光！进行1级改造工作，
预期在1996年建成神光11装R，其基频光（1．阶3微米波长）
乍脉冲输出能挝将达6000焦耳，）倍频光（0． 35微术）输出能量
可达3000焦耳以上，达到国际上中等装旨的水平。同时，还正在
进行神光111的概念设计工作，为下一步建立能时更高，性能更
好的驱动源作准备。此外，也在进行短脉冲、高亮度源的研究，短
对话篇·前途无量的激光高科技脉冲是指脉冲宽度为皮秒（10“
秒）甚至更短的高功率的光源，可用来进行强场物理研究等前沿的
工作。
·半导体激光泵浦固体激光
半导体虽然也是固体，但由于物质结构的独持，产生激光的
机制是导带的电子与价带的空穴复合，具有特殊件，故常把半导
体激光列为专门的一类。用半导体激光代替氖灯作固
体激光的泵浦源，极大地提高了出光效率，并有助于系统的小型
化，近年来发展很快，美国已达到输出平均功率】干瓦的水平。
根据现有设计，采用二极管泵浦和再生放大方”式，波长0． 35微
米，输出能量1兆焦耳的高功率同体激光系统可在高效率（激光
效率～10％）、高啦复频率（10赫兹）卜工作，被认为能满足作为
未来干净能源聚变堆的驱动器的要求，这是固体激光的再度辉煌。
我国已能自己生产输出功率瓦级的半导体激光管。并已开始
研究半导体激光泵浦的同体激光（1）PI／，小型的l）P1。装什已扶得
激光输出。除用作驱动器外，D11有着广泛的民目和军用前景。
·调射线激光
波长处于调射线波段的激光你调射线激光。 lq89年之前，
我国来曾见到过这种激光。同家高技术研究发展计划推动了j宝·
工作的进展。近5年来，利用电‘产碰撞激发机制和三体复合机制
在实验室等离子体调射线激光的研究中获得了…·系列成果，有
的已达到国际先进水平。高亮度的调射线激光呵甲
来进行等离子体物理研究。材料科学研究，水商波段的调激光呵
进行中命活细胞的全息照川，在牛物和生命科学领域斤创新纪
7L。
·自己卜匕厂激光（I；I：1。）
它是以（l由电厂为】：作介质的激光。 FE1。的单个原理决定厂
它的几个特性：呵调谐件、呵达到高效率、高功率和好的光屯质
量。其技术l＝的难点在于对电厂束质量要求较高。由）FE1。诱人
的特点，美、日及欧洲各网丧现了巨大的兴趣， JL卜台FE1。装八
已建成或正在建设，卜L台已在运行中。在863计划的支持1了，我
国的FE1。研究也有长足的进展。
基于射频型加速器的HFE1。栩术于感应型加速器的S（＞】自山电
子激光放大器部取得亚洲帧光的成禾。电磁波泵浦FE1。和契仑可
夫FE；。也成功出光。 FE1。的理论研究以及光阴极和超寻腔的研
究进展也不错。
FF1。呵以填补激光波段的n＝多个卜，呵K作在从紫外到远
红外的j’”阔谱K。K潜在应H包括K疗、十物＼学研究、材料科
学、光化学以及空间K埃能时的供给等。
·化学激光与准分子激光
化学激光是以化学反…放能作为能源，通过气体混合的化学
反应形成受激原子或分产而产十的激光，美网的氟化氖中红外化
学激光和械化氢化学激光：上在被用作研制反导弹激光武器。近年
来，各国的近红外新型化学激光一…··氧碘化学激光也有j”氏足的
进展，它的波长适合光纤传输具有卫业应用的前景，例如用作激
光加工等。我同的氧碘化学激光172激光技术
研究在863计划的支持下，也取得j”初步进展，超音速的氧碘激
光器已达平均功率干瓦的输出。
准分子激光的IL泛应用促进
厂乞的不断发展。我国的氟化氛
准分了激光装置…一一大光一号已
达脉冲输出百焦耳能量的水平。
准分子激光波长短，与靶耦合效
率高，是激光惯性约束聚变的潜
在驱动器。
除L述各种激光器外，二氧化碳激光是一种发展得较为成熟
的激光器，已达到了相当高的平均功率。用作激光加工已取得很
好的效益，有的国家还曾尝试把它用于战术激光武器。
以上在简单介绍各类激光器时已提到厂它们可能的应用。就
高功率激光而言，主要的应用方面有：
1．科学研究应用。如固体激光用作激光核聚变的驱动源；调
光激光用作等离子体诊断、显微照相；自由电子激光用于生物医
学和材料研究等。
2．工业应用。如固体激光、化学激光、二氧化碳激光用来进
行激光加工，准分子激光和调光激光用作微光刻等。
3．军事应用。比较实际的应用有激光侦测、制导、光电对抗
等。已装备使用的设备有激光测距仪、激光雷达、激光瞄准具、激
光制导武器及激光致盲武器等。一些国家还在研究激光反导弹武
器的可行性。
问：激光学科和技术的发展对其他学科的发展有什么推动作用？
答：激光学科和技术的发展不仅已导致厂许多重要的应用，
而且带动了其他学科的发展。自由电子激光对加速器技术的带
动、调射线激光对等离尸体物理和高剥离态原子物理的带动就是
极好的例子；强激光的发展还大大推动了激光与物质相互作用的
研究、非线性光学材料与技术的进步；激光高科技研究过程中形
成的几个重点实验室，已成为下世纪纵深发展的基地；激光高科
技的发展凝聚了一支精干的高科技队伍，特别是培育了一批跨世
纪的青年科技人才迅速成长。所有这些都具有深远的战略意义。
展望未来，我们迎来的将是一个激光科技繁花似锦、硕果丰满的
世纪。
《世纪之交:与高科技专家对话》
(辽宁教育出版社1995)

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