据中国光学期刊网,于2023年05月16日报道,当毕业季来临,有一句话常会出现在光学毕业论文中:“1960年,美国物理学家梅曼制造出人类历史上第一台激光器”。作为许多光学学子毕业论文的开篇词,这段文字介绍了激光器的诞生历史,追溯了现代光子学研究的技术源头。
但假如时光倒流,梅曼并未待在实验室中,激光器也没有被顺利研发,这个世界将会发生哪些改变?失去了激光的日常生活,将会变成什么模样?
假如没有激光,上网或许还需要“拨号”
假如世界没有激光,高锟便会失去提出光纤波导低损耗传光理论的灵感,光纤也不会因此被设计制造,光纤通信系统便更是无从谈起。没有光纤通信系统,现代主干通信网络仍将以铜线作为主要传输介质,网络内可传输数据量将大幅降低,主干网络将不再具备大信道容量的传输特性,人类的通信技术或许将永远止步于2G。
试想这样一幕情景:当你想从互联网上获取所需资讯时,首先需要拨号上网;一部高清电影,数十小时才能下载完成;当走进市场购物时,结算方式只剩下现金……现代通信网络带来的所有便利,几乎都不复存在。可以说,激光器及光纤的发明是4G通信主干网络落成的关键;同时,二者也为5G万物互联技术愿景打下坚实的技术基础。
假如没有激光,板材拼接还需“电焊”
假如世界没有激光,打标、板材切割、焊接以及打孔等高精度加工技术领域,都将回归传统,重新走向以金刚石等实体刀具为代表的方向。现代交通工具往往包含数量庞大的精密零件,为了保证动力系统可靠运行,这些零部件往往需具备在严苛条件下长时间稳定运行的能力,除去基材、零件对加工时所采取的工艺流程也有着较高需求。
举个例子:汽车安全气囊里存在一个隔膜结构,阻隔了另一边的助推剂;对此结构进行焊接时,任何多余热量都会使其燃烧。只有激光,才能够轻而易举地完成这一焊接需求,进而为汽车的制造与驾驶,加上一道保险。
除了高精度激光器、尤其是光纤激光器,还具有布设灵活、可以根据所需结构随时调整加工位置的优秀特性,它使得板件在加工时不再被局限于精密车床的固定空间,而会拥有更多自由度。
同时,激光在切割板材时所表现出的冷加工特性,也使得其在晶圆切割的应用中大放光彩,应用了激光切割手段后,晶圆的成品率,能够突破99.5%,真正实现了对加工成本的削减及对自然资源的节约。对激光的合理应用,能够加速部分技术现代化发展的趋势及速度,带来机遇。
假如没有激光,视频永远只是“二维”
假如世界没有激光,全息影像技术便会因失去驱动光源、而难以获得发展。作为一种能够完全还原物质立体样貌的成像技术,全息影像将人类对于视频的体验,由二维的屏幕拓展至三维的实际环境,进而产生身临其境的效果。
你或许会感到好奇,除了激光,其他灯光就不能被用作全息影像技术的光源吗?答案是肯定的,由于激光具有其他光源所不具备的相干性,故能很好地利用相干光干涉的原理,实现对于待成像物体所发出光波振幅、相位的捕获,进而得到待成像物体形状、大小等物理参量的实际信息。
通过储存光波信息所获得的全息图,当输入光源的频率及方向与参考光束完全一样时,就能够重现出全息图所记录物体的三维图像。而常见光源往往都只是非相干光,难以承担全息成像的“重任”。可以说,激光实现了无需任何头戴式成像设备,就能获得三维视频成像的优质体验,进而为全息影像铺设起一条宽阔大道。
假如没有激光,眼科手术将存在巨大风险
假如世界没有激光,以眼科手术为代表的微创医疗技术,将失去一把精准的“手术刀”。1990年,发生在密西根大学的一场意外,让人类意识到超快激光在分子水平上、通过光解离切割人体组织的可能性。
三十年来,激光医疗技术取得极大进展,在眼科手术的应用环境中,这种发展更为显著:从隐含较大手术风险的激光原位角膜磨镶术到无创安全的飞秒交联术、激光及其配套工具的不断升级迭代,使得激光诊疗成为眼科手术中的首要备选策略。
从本质上说,飞秒近视手术主要利用了超快激光脉宽较短,能够瞬间加热、气化人体组织的特点:快速打磨晶状体,使其厚度恢复至正常视力所对应的水平。如果没有激光,大多数眼科手术都将面临巨大风险,甚至会因风险过高而难以进行。可以说,激光大幅提升了眼科手术的安全性和实际治疗效果,开辟出治疗眼部疾病的新纪元。
当然,激光影响我们日常工作与生活的场景还有很多,它的便捷无处不在。
激光因具备极其优秀的单色性、指向性以及相干性,成为人类历史上品质最高的光源;随着以光纤为代表光波导的研制及应用,激光的应用潜力也被无限放大,时至今日,激光器已对现代生活产生了巨大影响。
在近六十载岁月中,激光伴随人类科技突破了一个又一个关卡。今天,在国际光日这个富有纪念意义的节日,我们畅意远望,相信未来定将成为一个被激光点亮的时代。而在这个时代中,光学人也将奏响科技奋进的强音。
今年6月10-13日,中国激光杂志社诚挚邀请大家相聚上海参加第十八届全国激光技术与光电子学学术会议(LTO 2023),共同畅聊激光技术的最新动态与未来发展。我们有幸邀请到祝世宁院士、罗毅院士、宁存政教授、王占山教授和张靖教授等5位激光和光电子领域专家分享大会报告。