最近有新聞報(bào)道稱，江蘇南通一名男孩用激光筆連續(xù)照射自己的左眼51次，最后突然眼前一片漆黑，什么也看不見(jiàn)了。

經(jīng)醫(yī)生檢查發(fā)現(xiàn)，由于照射次數(shù)太多，男孩的左眼已經(jīng)不可能完全恢復(fù)視力。這真是一則令人感到悲傷和惋惜的新聞，激光筆是一種較為危險(xiǎn)的玩具，如果家長(zhǎng)沒(méi)有放任孩子隨意玩弄激光筆，這則悲劇便有可能不會(huì)發(fā)生。

事實(shí)上，許多人可能對(duì)激光并沒(méi)有一個(gè)清晰的概念。例如，激光是如何產(chǎn)生的？激光有什么作用？激光會(huì)帶來(lái)哪些危害？除非是激光領(lǐng)域的研究人員和從業(yè)人員，其他人估計(jì)沒(méi)有辦法一下子回答出來(lái)。

【資料圖】

為了在小朋友們問(wèn)起這些問(wèn)題時(shí)不至于一時(shí)語(yǔ)塞，今天我們就來(lái)捋一捋有關(guān)激光的一些小常識(shí)吧！

01

什么是激光？

從我們的直觀印象來(lái)看，激光是一種非常明亮而強(qiáng)烈的光束。那么下面這些圖片中，哪個(gè)是激光呢？

不同類型的發(fā)光體

圖源：維基百科

答案很明顯，左圖只是普通探照燈發(fā)出的光束，中圖則是發(fā)光二極管（LED）發(fā)出的光，右圖才是大名鼎鼎的激光。這三種光的發(fā)光原理是不同的。

探照燈和手電筒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為類似，主要由光源和反射鏡組成。光源發(fā)出的光線在反射鏡作用下改變方向，以光束的形式向外發(fā)出。如果在光源的前方增加一個(gè)透鏡，那就還可以調(diào)節(jié)光束的角度。

探照燈的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖源：作者自制

發(fā)光二極管是半導(dǎo)體二極管的一種，內(nèi)部由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體兩部分組成，這是它的核心元件。在通電的狀態(tài)下，N區(qū)的負(fù)電荷和P區(qū)的正電荷互相結(jié)合，同時(shí)會(huì)激發(fā)出許多光子。這些光子向四周各個(gè)方向自由傳播，由此形成了散射光。我們常見(jiàn)的發(fā)光廣告牌和霓虹燈等，就是由大量發(fā)光二極管組成的。

發(fā)光二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖源：作者自制

激光則是由激光器發(fā)出的一種特殊光線，而下圖所示的激光二極管是激光器的一種。這種激光二極管是在發(fā)光二極管的基礎(chǔ)上，在P區(qū)和Ｎ區(qū)之間增加了一個(gè)特制的“諧振腔”。這個(gè)腔體的一側(cè)安裝了一個(gè)全反射鏡面，光子無(wú)法穿過(guò)；與其相對(duì)的一側(cè)則安裝了一個(gè)部分反射鏡面，光的強(qiáng)度達(dá)到一定閾值時(shí)便能穿過(guò)。

激光二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖源：作者自制

當(dāng)激光二極管通電時(shí)，首先由正負(fù)電荷的結(jié)合作用而激發(fā)出了光子，這一過(guò)程與發(fā)光二極管類似。

不過(guò)，由于這些光子數(shù)量較少，因此被“困”在了諧振腔內(nèi)，只能在兩個(gè)鏡面之間像乒乓球一樣來(lái)回反彈。

當(dāng)某個(gè)光子正好撞向了半導(dǎo)體原子時(shí)，兩者的碰撞作用會(huì)再次激發(fā)出新的光子，并參與到反彈的隊(duì)伍中去。在持續(xù)的電流驅(qū)動(dòng)下，越來(lái)越多的光子在碰撞作用中被激發(fā)出來(lái)，并繼續(xù)參與到新一輪的反彈、碰撞中去。

在這種正反饋式的”雪崩效應(yīng)“作用下，光子的數(shù)量迅速增加，最終順利從右側(cè)的部分反射鏡面穿過(guò)，形成了一束向外發(fā)出的激光。

盡管這種激光二極管在生活中很常見(jiàn)，生產(chǎn)量非常大，卻不是出現(xiàn)最早的“元老“。

世界上第一臺(tái)激光器是1960年由美國(guó)科學(xué)家梅曼發(fā)明的紅寶石激光器，這種激光器以螺旋式的閃光燈管作為提供光子的激勵(lì)源，而紅寶石柱體則是用于對(duì)光子進(jìn)行增益放大的諧振腔。到了兩年之后，通用電氣研究實(shí)驗(yàn)室的Robert Hall團(tuán)隊(duì)才發(fā)明了第一款以砷化鎵為材料的半導(dǎo)體激光器。除此之外，常見(jiàn)的激光器還有氣體激光器、液體激光器和光線激光器等，除了工作介質(zhì)不同外，它們的工作原理都是大同小異的。

紅寶石激光器原理圖 圖源：維基百科

02

激光有哪些特性？

和陽(yáng)光、燈光等普通光線相比，激光要更加的“純粹“。普通光線一般向四周散射（光子運(yùn)動(dòng)方向各不相同），并且由許多種不同顏色的光組成（光子波長(zhǎng)各不相同），而激光光束則由單一波長(zhǎng)、運(yùn)動(dòng)方向高度一致的光子組成，因此具有單色、單向和高能量的特點(diǎn)。

普通光（上）和激光（下）的對(duì)比 圖源：作者自制

其中，激光的單向性使得人眼無(wú)法在側(cè)面看到激光的存在，只有被空氣中的灰塵散射時(shí)才能隱約看清。這也是人們更容易忽視激光危害性的原因之一——畢竟和看上去很刺眼的探照燈燈光和高亮度LED燈光相比，激光一點(diǎn)也不刺眼，似乎并沒(méi)有那么危險(xiǎn)。

丁達(dá)爾現(xiàn)象可以讓激光顯形 圖源：百度百科

但實(shí)際上，激光是非常危險(xiǎn)滴！

由于激光具有高能量的特點(diǎn)，因此可以用來(lái)對(duì)金屬、陶瓷、塑料等材料進(jìn)行切割；可以在材料表面進(jìn)行永久性標(biāo)記；還可以進(jìn)行焊接，形成均勻牢固的焊縫。高能激光束甚至還可以用于制造先進(jìn)的激光武器，專門用來(lái)對(duì)付空中的各種飛行器。

激光切割圖源：http://www.hrjgcn.com/news/190.html

激光焊接圖源：https://www.whsclaser.cn/xinwenzixun/489.html

激光武器示意圖 圖源：人民網(wǎng)

除此之外，激光還具有很強(qiáng)的相干性。相干性是指激光光束中的各個(gè)光子之間的相位關(guān)系是固定的，不會(huì)隨機(jī)變化。

這使得激光能夠形成穩(wěn)定的干涉圖樣，也使得激光能夠被調(diào)制和放大，從而實(shí)現(xiàn)信息的傳輸和處理。光纖通信就是利用了激光的相干性原理，使攜帶了大量信息的激光在玻璃纖維中遠(yuǎn)距離傳輸，這樣我們才能在家隨時(shí)連wifi上網(wǎng)。

光纖圖源：https://www.gl268.com/detail/443

神奇的是，激光還可以用于醫(yī)療領(lǐng)域，能夠?qū)θ梭w組織進(jìn)行切割、消融、凝固等治療，具有創(chuàng)傷小、出血少、恢復(fù)快等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于眼科手術(shù)、皮膚美容、腫瘤治療等領(lǐng)域。

激光在許多領(lǐng)域都可以大展身手，所以在生活中幾乎是無(wú)處不在。

03

激光對(duì)人眼威脅巨大

激光是被寫進(jìn)我國(guó)“十三五”規(guī)劃《中國(guó)制造2025》的重要產(chǎn)業(yè)升級(jí)新興技術(shù)。但是作為一種現(xiàn)代科技的產(chǎn)物，激光同樣是一面雙刃劍——不僅有很廣闊的應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)對(duì)人體存在著巨大的潛在危害，其中最嚴(yán)重的就是會(huì)對(duì)眼睛造成不可逆的永久性損傷。

當(dāng)激光直射眼睛時(shí)，光束會(huì)直接穿過(guò)眼角膜和晶狀體，直接照射到視網(wǎng)膜的黃斑區(qū)。

這一區(qū)域是人眼視覺(jué)最敏銳的地方，但是散熱能力很差。一旦激光所攜帶的能量超過(guò)了一定的閾值，黃斑區(qū)的感光細(xì)胞就會(huì)由于溫度迅速升高而被破壞，簡(jiǎn)而言之就是被“烤熟了”?？梢?jiàn)激光對(duì)人眼的危害之大！

據(jù)調(diào)查，美國(guó)每月平均收到20多起有關(guān)激光致傷的報(bào)告，其中多數(shù)都是對(duì)眼部造成的損傷，看來(lái)淘氣的熊孩子哪里都不會(huì)少。

被激光照射后出現(xiàn)的圓點(diǎn)狀黃白色點(diǎn)狀病灶 圖源：四川在線

在這里還要注意的是，激光筆所發(fā)出的激光屬于可見(jiàn)光范圍，所以我們可以很輕易地避免激光直射眼睛。

但是一些攝像頭、雷達(dá)等設(shè)備卻可以發(fā)射人眼看不見(jiàn)的紅外激光和紫外激光，這些看不見(jiàn)的激光同樣會(huì)對(duì)人眼造成損傷，所以平時(shí)沒(méi)事別湊上去盯著看哦！

參考文獻(xiàn)：

[1]廖利芬,麻云鳳,程旺,劉昊.激光產(chǎn)品使用安全現(xiàn)狀分析與危害防范控制管理[J].中國(guó)檢驗(yàn)檢測(cè),2018,26(02):63-64.DOI:10.16428/j.cnki.cn10-1469/tb.2018.02.018.

[2]激光.維基百科.https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%BF%80%E5%85%89

作者：流火 兵器工業(yè)某研究所工程師