激光

光線集中 射程遠 隱形激光無處不在

    談到激光（laser），相信許多人會想起觀星筆，還有那夜在太空館外高唱的《激光中》。很多人不知道，發現激光原理的人，是大名鼎鼎的物理學家愛因斯坦。時至今日，激光已廣泛應用於生活中，例如超市收銀員一「嘟」便能識別產品，醫生用激光做精細的手術，以至我們享受的高速上網服務所用的光纖網絡也需激光來傳遞信息，激光技術對人類絕對是貢獻良多。

    激光（台灣稱為雷射）被形容為20世紀人類重大發明之一，具備多種特性，如光束狹窄而集中、具指向性不易擴散、射程遠，高功率光束照向接觸面時能氣化物質等，因而被廣泛應用。

愛因斯坦最先發現

    激光如此特別，是因為需要透過人造激光器內的特定環境和條件產生出來。Laser一詞，由英語Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation字首組成，意思是指藉受激輻射而產生或放大的光波。最先發現激光原理的人是物理學家愛因斯坦，然而1910年代的技術未能證實。直到1960年代，美國物理學家梅曼（Theodore Maiman）研製了世界第一台激光器，激光正式面世。要產生激光，必須有「激光介質」，當年梅曼利用紅寶石作為介質，產生的激光被稱為「紅寶石激光」，及後人們發現鋁、二氧化碳、有機染料等固體，以至氣體及液體，也能產生不同波長的激光，因而製造出各種激光器來作不同用途。例如脫痣用的激光，是利用二氧化碳為介質，以氣化皮膚細胞，達至脫痣效果。

激光介質注入能量 光子反射形成激光

    不同種類激光器產生激光的原理大同小異，以梅曼製造的激光器為例，他用紅寶石作為介質，當中含微量銘原子。由於激光需要經過反射形成，因此紅寶石兩端各設一面鏡子形成「共振腔」。

   首先將光或電能等能量注入激光介質，令介質受到激發，使原子內的電子向外側移動躍遷至不穩定的『激發態』，此時有些電子會透過釋放光子以回到原來狀態。這些光子會在兩面鏡子中來回反射，誘發更多電子『受激輻射』而產生更多波長相同的光子。兩面鏡子中，其中一面會把所有光子反射，另一面則是半反射鏡，只反射部分光子，當大量光子經多次反射並增強至可穿透半反射鏡時，射出的光便是激光。觀星用的綠色激光筆原理相近，激光介質改為Nd : YVO4 晶體，產生紅外線激光後，經倍頻晶體變為綠色激光。

用途廣泛 軍事科學日常都用到

條碼掃描器 識別產品
條碼掃描器種類不止一種，激光條碼掃描器因識別速度快而被廣泛應用。商品上常見的條碼 (barcode)，是一組粗幼不一的黑白色垂直線條，結帳時，收銀員使用激光掃描器照射條碼，因為黑色吸光、白色反光的物理特性，掃描器內的「感應器」接收反射出來的光，經過「轉換器」轉換成電子信號，便能知道條碼的黑白線條組合，接着再經過「解碼器」轉換成產品編號，最後電腦根據產品編號，從資料庫中找出資訊。

光纖通訊 信息傳遞更遠
「光纖」意思是利用石英玻璃纖維來作光傳輸，當中用到的光源便是激光。激光因具單一波長，而且光強度大，能在光纖中傳遞更遠，信號保持更為完整。沒有激光，整個高速光纖通訊都不能運作。光纖結構一般分為3部分，內層纖芯，折射率高，用來傳送激光；中層為折射率較低的包層；外層是樹脂塗層，用作保護光纖。光纖通訊原理是首先將傳送的信息變成光信號，並通過光纖發送出去，接收端收到光信號後變換成電信號，再恢復為原信息。

工業切割 切縫精細整齊
高功率激光光束接觸材料表面時能局部產生高溫，達到熔化或氣化效果；加上激光可切割精細及複雜圖案，工業上會用來切割金屬、木材、玻璃等材料。

手術切割 減大量出血風險
醫療手術中，激光也大派用場，譬如在激光矯視手術中，醫生利用激光在角膜上切出一片瓣膜，以露出角膜下層組織，再利用激光去除部分組織層，從而改變角膜弧度而減低近視度數。
前列腺切除手術也用到激光來切除增生部分，並透過氣化作用令傷口止血，較傳統切除方法，可減少病人大量出血風險。

激光測距儀 依反射時間測量
軍事用的激光測距儀，將激光照射目標，根據反射時間來測量目標距離。科學家亦以激光測量地球與月球的距離，在地球以激光射向放置在月球上的鏡子，根據反射時間，計算出地球與月球的距離約38萬4400公里。

藍光光碟 儲存量龐大
不論是CD、DVD還是Blu-ray Disc（藍光光碟），也用到激光來刻錄和讀取信息。其中藍光光碟儲存信息量龐大，影片質量比DVD高，因DVD使用紅色激光刻錄信息，藍光光碟則用波長更短的藍色激光，由於波長愈短，激光橫截面振幅愈小，刻錄數據時更節省空間，因此可儲存更多資訊，使畫質大為提高。

激光瞄準器 不易擴散更準
激光射程遠，指向性高，光線前進時不易擴散，安裝在槍支上，可準確地瞄準目標。

小測試 ■ 鎢絲燈泡光譜最闊 激光近單一波長

    以鎢絲燈泡、LED、激光照向白紙，3種光源中，只有LED及激光可照到白紙上。從白紙上可見，LED光斑擴散，而激光因射程遠，光線集中，可清楚看到一個光點。

    以「積分球」測量3種光的光譜，鎢絲燈泡光譜最闊，表示由許多不同波長的光子組成；激光光譜則非常狹窄，接近單一波長。

知多啲 : 演唱會光效非激光

    演唱會中常見的強勁燈光，是否激光一種？演唱會中常見的強光並非激光，只是功率比較大的光源，並透過利用不同光學元件，如濾光鏡、幾何透鏡等，改變強光顏色、光斑大小、散射程度等，來營造不同效果。