“山重水复疑无路，柳暗花明又一村。”在科学技术发展的道路上，常常有这种情况。似乎已无计可施，突然，一种新技术或一种新材料出现了，打开了新的通道，甚至创造出惊人的奇迹来……

1960年，美国科学家T.H.梅曼采用一根红宝石杆作为工作元件，演示了第一台激光器，从此人们掌握了制造和使用激光器的方法。

第一台激光器的诞生，标志着人类对光的认识和利用进入了一个新阶段，揭开了光学发展历史的新的一页。光学是物理学中最古老的一门基础学科，特别是经过300来年的发展，似乎已经达到了顶峰，然而，激光的出现，使光学“柳暗花明又一村”，一度沉寂的光学焕发了青春活力，以空前的规模和速度向前发展，成为现代物理学和现代科学技术领域中的一块最活跃的前沿阵地。

激光，时代的奇葩，年方25岁，风华正茂，是现代科学技术舞台上的一颗明星。它有力地推动着物理学、化学、生物学等基础科学及一系列应用技术的突破性进展。激光技术被人们公认为是继量子物理学、无线电技术、原子能技术、半导体技术、电子计算机技术之后的又一重大科学技术新成就。

激光的生命力如此强大，激光辐射与普通光辐射又有着根本的区别，因而具有巨大潜力和光明的前途。

在本书的开头，我们讲过：在日常生活、生产活动和科学实验中都离不开光，少不了光源。光源分为天然光源和人造光源两类。太阳，是我们的天然光源，白炽灯、日光灯和霓虹灯等是常见的人造光源。然而，这些天然光源和人造光源所发出的光辐射有一些共同的缺点：一是亮度较低，只能用于一定范围内的照明；二是定向性差，普通光源发出的光是向四面八方发射的，即使采取聚光技术也不能集中于一特定方向，因而不能发射到很远的地方去；三是单色性差，也就是说颜色不纯。普通光源发出的光都是由好几种颜色的光混合在一起的，例如太阳光就是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色光混合组成的，而且即使是其中分离出来的“单色光”红光或绿光，也并不单纯，也就是说，红光并非单纯为某一种红光，绿光也非单纯为某一种绿光。因此，普通光辐射的应用受到了很大限制。

激光跟普通光完全不同。它的特点是四好：方向性好，单色性好，相干性好，亮度好。

激光的第一个特点——方向性好。就是说它具有很高的定向性。太阳、电灯等一般的光源，它们发出的光均匀地射向四方，即使采用光学技术如凹面反射镜或聚光镜之类的光学器件，将光束加以会聚集中，也仍具有一定的散开角度，平行度很不高，例如定向性比较好的探照灯，它的照射距离只有几公里远，1米直径的光束照射到几公里远处，其直径竟扩大到几十米，因而光大大减弱，被照面上的光斑大而暗淡。但激光却不是这样，激光束从激光器里一出来，就向一个确定的方向发射过去，光束发散角很小，只有几分，甚至可以小到1秒，比目前掌握的各种各样电磁波的发散角度都小，一句话，激光束几乎是一束平行光束。因此，激光器发射的激光束的定向性，要比探照灯的定向性高几千倍。例如，一台氦氖激光器发出的激光平行光束，照射到20公里远处，光束的直径只扩大10厘米。如果探照灯的平行光束能够照射到38万公里之外的月球上去，它的光束直径就要扩大到几千公里的范围。而激光束发射到月球上去，光束在月球表面上投下的光斑直径还不到2公里。

激光之所以有这么好的方向性，是因为它有一个特殊的激光形成和发射结构，就象子弹自枪简里发射出来那样，激光束也有它的“光发射枪”，名叫谐振腔，只有那些传播方向严格地与谐振腔轴线平行的光子，才能在谐振腔内来回反射中形成雪崩式的受激放大，而方向稍有偏离的光子都要被淘汰掉，因而输出的激光束是与激光器谐振腔轴线平行的光束。

激光的高定向性在激光测距、激光通讯等许多领域里都有大用场。例如，在通讯方面，激光发散角小，到接收端的光斑直径就小，在此光斑之外则收不到信号，有利于保密，而且能量集中，传送距离可以很远，适合于作长距离通讯。

激光的第二个特点——单色性好。就是说，激光的颜色很纯。从光的色散知道，太阳光和灯光等复色光能够分解为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种单色光。可是，我们所获得的任何一种单色光，其实都不是严格的只含有一种频率的光子，换句话说，不是单一波长，而是具有一个波长范围，因此，在光谱中并非仅含有一条谱线，它远未纯到这种程度。凡是发射单色光的光源，称为单色光源。既然复色光能够分解成单色光，那么具有一定波长范围的单色光还能不能继续分解呢？也能分解。不过，单色光分解后，不是一段连续的色带，而是一条条分立的亮线（前面讲过，称之为谱线）。单色光的波长范围就叫做单色光的谱线宽度。波长范围越小，即谱线宽度越窄，说明单色性越好。因此，谱线宽度是衡量光源单色性好坏的标志。通常，我们说的单色光，是指谱线宽度很窄的一段光波。表示波长，表示谱线宽度，一种单色光的谱线宽度越窄，越小，其单色性越好。例如，普通光源中的（K86）灯，是单色光源中较好的，但是，光色最单纯的要数激光了。例如，氦一氖激光器发出的单色光（红光），谱线宽度。由此可见，氦一氖激光器发射的光的单色性比一般单色光源的单色性高1万倍！因此说，激光是目前最好的单色光源。

激光的单色性这么好，是因为在激光器的谐振腔里，诱发产生的受激辐射光子绝大多数都是符合某特点的两个能级差特征相同的光子，而从其能级间跃迁产生的其它频率的光子则数目很少。而且，由于谐振腔的两反射镜面间有严格的距离，只使受激辐射光在其中来回反射时，恰好以相同的相位迭加而得到加强，其它波长的光相迭加时，则以相位不同而被削弱。

激光的第三个特点——相干性好。就是说激光是很好的相干光源，相干光源在迭加区能得到极稳定的干涉花样。激光的出现，使人们第一次获得了相干光，使光源发光由无规则变为控制光源发光，使光的非相干性和无线电波的相干性之差别消除，因此可以利用光波为载波进行通讯。高相干性的激光，可以采用调制、变频和放大等各种无线电技术，将使现代通讯事业发生巨大变化。

激光的相干性，对于作精密干涉测量是非常有利的。前面已经讲过，在杨氏双缝实验中，第一块板上的单缝被照亮而作为线状光源，第二块板上的双缝则形成两列圆柱面波，成为相干光源，在远一些地方的屏上形成一系列明暗相间的干涉条纹。如果将单缝板拿去，让光源发出的光直接穿过双缝，则屏上的干涉条纹立即消失。但是，如果我们再把光源换成激光器，则屏上又会出现干涉条纹。这就表明，激光器同时起到了光源和单缝的作用，是良好的相干光源。也就是说，激光器所有各点发出的光，如同从一个点发出的光一样，具有相同的频率、一样的相位、一致的振动方向。因此，屏上将出现明暗相间的清晰条纹。由此可见，激光具有高度的相干性。

激光之所以有这么好的相干性，同样也是因为激光器谐振腔镜面间有严格的距离，使某一波长的受激辐射光反射后总是以相同的相位迭加而加强，因而发出特征完全相同的光子。

激光的第四个特点——亮度好。普通光源发出的光，一般总是向四周辐射的，例如白炽电灯等，光能量很分散，不象激光器发出的激光那么集中。普通光源发出的光，即使用光学手段如用透镜将它集中起来，也只能集中它的一部分，而且还难于聚集到极小的范围内。而激光由于方向性好，输出时几乎是一束平行光，再经过透镜会聚后，就几乎是集中在一个点上，范围极小，在空间上具有高度的集中性。其次，激光能够在很短的时间内以脉冲的形式瞬时发射出去，这种脉冲激光又在时间上具有高度的集中性。再有，激光光源的亮度也比普通光源高得多。例如，一盏5万瓦的氙灯的亮度约为1000盏100瓦普通白炽灯的亮度，高压脉冲氙灯的亮度比太阳的表面亮度还要高几倍。然而，它们都比不过激光。平时，我们说太阳最亮，人的眼睛是不敢直视的。但是，就目前而言，已有的激光器发射的光的亮度，比太阳表面的亮度要高几十万倍至几百亿倍！如此高亮度的光束，具有很大的威力，这样的激光束会聚起来，可以产生几百万度的高温，可以轻而易举地就穿透钢铁或其它坚硬的材料，还能用来引发核聚变反应。