激光的产生及其特点
激光的本意是通过受激发射而实现光波放大。
受激发射的理论是爱因斯坦在1917年提出的。该理论认为：假设微观粒子（原子、分子或离子）有两个分立能级，高能级能量为E2，低能级能量为E1，能量上相应的粒子密度数为N2和N1。存在着三种不同类型的能级跳迁：（1）高能级上的粒子自发跳迁到低能级，同时放出E2-E1=hυ的光子，这是自发发射。（2）如果处于E1上的粒子与频率为υ=（E2-E1）／h的电磁波相互作用，粒子可吸收入射电磁波而跳迁到高能级E2上，这是受激吸收。（3）如果处于高能级E2上的粒子与频率为υ的电磁波相互作用，粒子将从高能级E2跳迁到低能级E1上，同时发射一个频率为υ的光子，这是受激发射。受激发射的光子与入射电磁波具有相同的频率、位相、偏振和传播方向，它们是相干的。爱因斯坦进一步指出，在电磁场作用下，粒子系统中的受激吸收和受激发射过程同时存在，并且在两个能级之间的跳迁几率是相等的。但依据玻尔兹曼分布规律，在热平衡条件下，处于低能级上的粒子数N1总是大于处于高能级上的粒子数N2，所以受激吸收总是大于受激发射，通常只能观察到受激吸收而观察不到受激发射。显然，根据爱因斯坦的理论可以设想，在有外界电磁场作用下，如果用某种激励方式使一个粒子系统中处于高能级E2上的粒子数N2大于处于低能级E1上的粒子数N1，即实现粒子数反转，便可以使受激发射占优势。这样就会出现与系统在正常的受激吸收占优势情况下靠自发发射发出普通光完全不同的情况。这时，如果有一个光子引发，高能级E2上的原子（或分子和离子）便会受激发射出一个与之相同的光子。如果加上一个谐振腔，就会靠反馈作用形成光振荡，这两个光子又会引发其他高能级E2上的原子受激发射，形成雪崩式的受激发射，从而产生大量频率和运动方向相同的光子，实现光放大，从而发射出激光来。
激光也是光，它与普通光没有本质上的区别。但激光又是一种特殊的光，与普通光相比具有方向性好、单色性强、高亮度和优异的相干性等四大特点。激光的各种应用也正是基于上述特点，在这些方面，目前还找不到第二种光源可与激光媲美。
第一台激光器的诞生
世界上第一台激光器是1960年由美国休斯研究实验室的T·梅曼研制的。
梅曼在制作过程中遇到的第一个问题便是用什么材料的问题。
当时有论文指出，不能指望用刚玉中掺入铬离子的红宝石晶体作激光器的工作物质。理由是，按它的能级结构和特性，需要的泵辅强度太高，技术上不容易达到。也有人说，红宝石的发光量子效率很低，不易制作激光。种种说法，使本来想采用红宝石作工作物质的梅曼犹豫了。
梅曼又考虑采用碱金属蒸气作工作物质，但分析对比后发现用这种材料将会遇到更大的困难。他再一次投入到对红宝石晶体的研究中。艰苦的研究探索之后，他决定用红宝石晶体试一试。
梅曼成功了。世界上第一台激光器产生了。
这台激光器所用的泵辅源——脉冲氙灯是螺旋形，红宝石石棒直径1厘米，长2厘米，它刚好可以套入螺旋氙灯。在红宝石两端镀银膜，构成谐振腔。输出的光波长是694.3纳米（红色）。国外科学家把这台特殊的光源称作是Laser。
那么，我国是怎样把Laser称作激光的呢？
1961年，我国第一台激光器问世，但直到1964年还没有一个统一的称呼，有称“受激辐射放大器”的，有称“光激射器”的，还有称“光量子放大器”及“莱塞”等等。
1964年12月，在上海市召开了全国第三次受激光辐射讨论会。会议前夕，《光受激发射情报》编辑部给著名科学家钱学森教授写了一封信，请他给“Laser”取一个统一的名称。
不久，钱教授给编辑部回了信，建议命名为“激光”。这个建议在会上得到与会者一致赞同。从此以后，我国学术界开始统一使用“激光”这个名词。
农业的催化剂
人类生活需要的吃、穿都与农业息息相关。因此，8亿农民天天在想办法提高农业生产水平。终于，他们想到了激光。
用激光照射种子，能够引起作物的性状发生变异，增加收成。现在，我国采用激光技术已培育出3个水稻新品种和3个小麦新品种，增产粮食10多亿公斤。
用激光技术也培育出了大豆、油菜、豆角、蕃茄、棉花、家蚕等20多个新品种。育出的大豆新品种，产量比现在的良种还高25％，而且它们的脂肪含量也提高2.5％～2.7％，蛋白质含量提高4.8％。
我们穿的丝绸是由家蚕吐出的丝制成的。用激光诱发家蚕变异，育出了性能优良的家蚕。初步结果是，茧层量提高16％，成茧率提高15.7％，茧丝长度平均加长80米。
水果是大众所喜爱吃的食品。激光技术帮助我们培育出了品质优良的水果。
沙田柚是盛誉海内外的名果，果肉柔嫩，味甜有蜜味，但它的缺点是果内的籽太多，一个果平均有籽140～150粒。现在用激光改造了柚子树性能，结的柚子里面含的籽很少，而且有4％的果内一粒籽也没有。并且果子的肉更甜，味更好，产量也大大提高。
还有一种叫“沙子早生”的桃子树，它结的桃子肉厚、嫩、甜，是制作桃子水果罐头的好原料。我国引进种子好几年，但坐果率很低。专家们说，这是因为它患有“不孕症”。现在采用激光照射处理的办法，终于治好了它的“不孕症”，坐果率达85％以上，产量比原先提高4倍以上。
现在，科学家还在试验利用激光改造其他果树，比如柑、桔、橙等的品质，要育出无核的，以及适合外国人口味的果子，比如带点酸味的桔子、橙子和沙田柚子。
另外，激光在畜牧业、生物工程中大显身手。如用氦氖激光照射鸭子的精子，精子的存活时间由3小时延长到60小时；用激光照射山羊精子，有效保存时间也能够延长1倍以上，而且活力也获得加强。
激光与防伪
以前，在电影或电视剧中，我们经常看到外国人从怀里掏出一张硬质卡片插入自动兑款机内，当按下所需款额数目时就能从下方的一张“口”中，拿出一叠现金。现在我们对信用卡也不再陌生。信用卡具有与现金等同的效能，并且便于携带，结算方便，在很多国家被广泛使用。目前我国的大都市也开始普及。因此，信用卡成了造伪者猎取的重要目标。这可能使银行蒙受巨大的经济损失。为了对付这种情况，银行系统最先将全息图像印在信用卡上作为防伪手段。在这种情况下，除非破坏全息图，否则是无法更改印在全息图上的用户账号的；从而使做假者望图兴叹。
由于全息图具有防伪性能，一些国家还把它用于钞票和重要证件上。澳大利亚储蓄银行在1989年发行了一种带全息图的钞票；前西德、也门、叙利亚等国则把全息图印在护照和签证上，使海关人员一眼便能辨明真伪。
目前，利用全息图进行防伪的最广泛的领域还是商界。名牌在商界被誉为“金字招牌”，它往往会带来滚滚财源。而创一个名牌则需要几年乃至于几代人不懈的努力。因此，伪造名牌产品、盗窃商标等不法行为在世界各国都很猖獗。人们先后试验过数百种方案，终因商品不同、成本限制、技术障碍等原因而一筹莫展。最终，英国彩虹模压全息图的出现才解此难题。现在，模压全息已作为一种行之有效的防伪手段而成为各种名牌商品的保护神，如瑞士生产园艺专用设备的RP公司、美国生产香皂和洗涤剂的Procter ＆ Gamble公司、巴尔摩生产化妆品的Noxell公司、纽约生产美容定发型香波的Reylom公司，还有日本的松下录像带、西铁城手表，中国的章光牌101毛发再生精等都采用了全息防伪标记，甚至清华大学出版社出版的最新电子计算机方面的书籍上也贴有亮晶晶的全息防伪标记图。
全息防伪标记图在开始应用时，像不干胶商标或胶带纸似的贴在商品或包装上面，很容易被人揭掉而另作他用。为此，美国、德国便发展了一种一次性使用的全息粘贴技术。一旦把它贴上，就再也不能完好地揭下，因为在揭下时，全息图像也被破坏并且不能复原，这进一步促进了模压全息在防伪方面的应用。
激光与条形码
如今，超级市场的货架上，贴着条形码的商品琳琅满目，那种老式的商品价格标签几乎在一夜之间便无影无踪了，取而代之的是由黑白纹条所组成的条形码。出售商品时，超市上的售货员只消举手之劳，让商品上的条形码在扫描器上通过一下，商品的品名、价格等各种信息便已输入计算机中，让人看得目瞪口呆。
实际上，这种超市已经采用了所谓POS（Point of sale）系统，即商业销售实时管理计算机系统。这一系统由激光或红外线识读条形码的扫描器、联结扫描器的收银机（POS终端）、POS控制器（计算机）等构成。在应用了POS的商场中，商品在销售前应带上条形码。
条形码是由许多条纹组成的符号。这些表面上看起来大体雷同的条纹中，蕴含着各种有关商品的信息。比如在十三位和八位的条形码中就包含着商品生产的国别、厂家、分类项目及校验检查时有无错误等信息。那么，扫描器又是如何读出这些信息的呢？
扫描器虽然多种多样，但其基本原理都一样，即把条形码反射回来的光信号变成电信号而读出其中的信息。最有代表性的激光定式扫描器的工作过程如下：
（1）当商品在读出窗口上出现时，物体传感器发出信号，开始发射激光。
（2）由于条形码的黑白码条的反差，强度不同的光被反射回来。
（3）光电转换器接受反射光，变成电信号。
（4）由此信号来判断码条的宽窄和两个码条之间的间隔，并由它们的组合方式导出相对应的数字。
（5）如果以10为模算出来的数字与校验码数字的数值一样，则停止激光扫描，以防止同一商品连续读入两次。
激光照排
信息时代的到来，使人们面临着信息量爆炸的挑战。通过文字印刷的书籍、杂志和报纸等是信息传递的一个重要渠道。但影响书籍资料出版周期过长的一个关键问题就是排字速度太慢。为此，科学家们研制出一种激光照相排字机，简称为激光照排机。它与复印机、激光打印机一起构成现代化的光电子印刷技术，从而彻底取代了铅字手工排版。
激光照排机都装有微型计算机。操作员就像使用打早期的照排机字机一样，通过电子计算机编辑排版系统把书稿输入到计算机系统内。书稿内容经过计算机转换成点阵信息，用这种点阵信息去控制声光调制器，使衍射光通过扩束器，再经过多面体反射镜的反射，由物镜在感光底片上聚焦成具有一定尺寸的光点。每当多面体反射镜转过一面时，在感光底片上就扫描曝光出一行点阵信息。随着感光底片连续不断地运动和多面体反射镜连续不断地转动，在感光底片上所曝光出来的一行接一行的点阵信息就形成了文字的照排版。这种照排版俗称胶片，然后用胶片就可以制版印刷了。
激光照排机备有玻璃字模库。使用照排机上不同焦距的主透镜，能将玻璃字模板上的字块放大或缩小，拍摄成20余种大小不同的字，并使之成像于感光版。同时，手动照排还可使用变形透镜，将拍摄的字像变成长体、扁体或斜体，能使一个字有480种变化，比起传统的火化铅铸字来，字型与字体都丰富得多。目前，除个别单位外，中央和省级报纸均已采用激光照排方法，许多大印刷厂和出版社也纷纷采用激光照排机，从而完成了我国印刷史上的又一次革命。
