09年度激光回顾专题


1.科学家利用激光制造出人工闪电
法国和美国的科学家日前称，他们最近在高度为3200米的山峰上进行了一次模拟试验，利用高能激光装置向经过这里的雷暴发射激光脉冲，首次成功地在自然界中制造出人工闪电。
在最新一期出版的《光学快报》（Optics Express）杂志上，法国里昂大学的科学家和美国的研究人员联合公布了公布了他们的最新实验情况。法国里昂大学的杰姆·卡斯帕里安是此次研究的负责人，他说，在著名的本杰明·富兰克林风筝实验的现代版中，研究人员们在位于美国新墨西哥州高10500英尺(约3200米)的南伯帝峰顶端放置了一个移动激光器，并向2个经过的雷暴发射激光脉冲，结果在云中产生了雷电活动。杰姆·卡斯帕里安说，“在此次新墨西哥实验中，我们并没有真正产生从空中延伸到地面的全面雷击，不过果真创造出了云中电流的小型局部放电。这项工作展示了人工闪电中先期的闪光。这是使用激光束引发雷击中最重要的第一步，我们首次在雷雨云中发出了闪电先兆。”
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自然界中的闪电

局域化的原子波


2.首次利用激光“冻结”原子波
法国和意大利科学家的两项最新研究，成功利用激光束实现了原子波的“冻结”，也就是在金属原子身上实现了所谓的“安德森局域化”（Anderson localization）。相关论文发表在6月12日的《自然》杂志上。量子力学认为，物质没有确定的位置，一切物质都会波动。物质波的实质就是几率波，即在空间中某点某时刻可能出现的几率。物质表现出的宏观位置其实是几率波函数的平均值。以原子波为例，它的波长与原子温度有关，当温度高时，会清楚地显示位置与运动轨迹，但波长非常小，很难表现出人眼能观测到波动现象；但如果温度一再降低，原子运动速度会变慢，波长却随之变长，波动性逐渐显现出来。
两队研究人员让原子穿过混杂的激光束，激光束的聚集程度影响着原子的散射度。随后，他们将微观原子云冷却到接近绝对零度，形成玻色－爱因斯坦凝聚。在此基础上，研究人员令这些BEC原子从很小的初始点开始，沿着由激光束创造的线路扩展、膨胀。随后，他们要么将激光照过毛玻璃，要么复合多重波长的激光，让该线路上生成随机模式，结果，这些BEC原子只能扩展到大约十分之一英寸（2毫米左右）就会停下来。
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3.英科学家用激光方法挑选健康精子
3月5日消息，据国外媒体报道，英国科学家率先找到一种用含有激光束的拉曼光谱检查精子的方法。该技术被应用于发现完美无缺的健康精子，确保试管受精有更大的成功率。
美国密歇根大学拉曼光谱专家迈克尔·莫里斯博士并没有参加这项研究，但他表示：“这是一项令人瞩目的研究，因为它可以显示出精子除生死外还有更细微的区别。”平均来说，男人一次射精射出的精液含有2亿到5亿个精子。它们摆动着叫鞭毛的线状尾巴向前移动，以便找到卵子受精。对不能生育的男人来说，他们的精子中有不少病态或残缺的精子，这大大降低了精子在女人生殖器的恶劣环境中生存下来给卵受精的概率。试管受精为有异常精子或精子量少的男人提供一种生育方法。科学家用光学显微镜找到一个精细胞，然后直接把它注射到卵中进行受精。
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有激光束的拉曼光检查精子

激光刀切面包


4.激光切削技术在食品加工业中应用
激光是利用光照、加热及放电等手段激发特定的物质，并在谐振腔的作用下，使物质内部发生受激辐射振荡而产生的一种特殊光。利用激光束的高功率和高定向特点，采用适当的光学聚焦装置，可形成极细的光束，用来切削金属和有机物，这便是激光刀。激光刀切削是一种非接触式加工，因而很清洁卫生。此外，它的加工速度快，加工量大，所切的断面光滑整齐，而且可以将被加工物切削成任何所需的形状。
激光刀切削的这些优点，在食品加工中很有实用价值。例如：用激光刀切面条、面包、鱼、肉、骨、蔬菜和水果等，其断面将更加光滑，而且形状规整。也可以切出特殊的形状，作为新的产品造型。用激光刀切食物，是任何刀工超凡的厨师都难以媲美的，在大批量切削方面尤其实用。
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5.印科学家利用激光检测奶粉中的三聚氰胺
利用红外线激光和光谱方法，普度大学的食品科学副教授Lisa Mauer能够在5分钟或更少的时间里检测到婴儿配方奶粉中百万分之一的三聚氰胺。三聚氰胺是一种用于塑料和其他产品的合成化学物质，在从中国进口的婴儿配方奶粉和其他奶制品中发现了这种物质。根据美国疾病控制与预防中心，高剂量的三聚氰胺与一些动物的癌症有联系，而且它对于婴儿特别危险。
Mauer获取了未掺杂的配方奶粉样本，并利用近红外和中红外光谱技术测量这些样本。红外激光束在样本上反射并进入了一个探测器，后者计算出激光的能量有多少被样本吸收，并建立对样本唯一的一个吸收谱。对纯三聚氰胺也收集了同样的数据。把这种配方奶粉与三聚氰胺混合然后进行分析，对新的谱和未掺杂的配方奶粉的谱进行了比较，结果显示了样本中的三聚氰胺的浓度。
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激光检测

飞秒激光


6.科学家用飞秒激光控制金属表面液体流向
美国罗彻斯特大学的光学副教授郭春雷(音译)利用飞秒激光加工技术制成的金属薄板，可有效控制液体流向，促使液体流向高处。他即将发表在《应用物理快报》上的论文称，这一技术在医疗诊断、计算机处理器冷却以及金属“抗菌”等方面具有不可估量的价值。
这种金属表面的吸水过程(每秒速度达1厘米)有些像用纸巾吸取溢出的牛奶，或者是葡萄酒杯中形成“酒泪”(因酒精气化而在酒杯内结成的露珠)，通过分子间的相互吸引和蒸发来促使液体移动，对抗地球引力。通过飞秒激光加工制成的纳米结构改变了液体分子与金属分子相互作用的方式，使它们能够或多或少地互相吸引，这取决于所设置的结构状况。在某一尺度上，相比于液体分子之间的相互依附，金属纳米结构会更易于与液体分子黏合，使液体快速散布于金属表面。在液体扩散时，会受到蒸发作用影响，分子相互作用的过程便形成了金属的快速吸水效果。如在金属表面加上激光蚀刻的沟槽，则会进一步增强对液体的控制能力。
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7.英国拟造世界最强激光获取核能
英国的科学家日前称，他们目前正计划在英国的牛津郡建造世界上最强大的激光中心，该激光中心可以模拟太阳内部的温度和压力环境，然后利用激光粉碎微型氢燃料球芯块，进而产生不会带来任何污染的能量。
国家点火设备将使用192个激光束来触发微型冻氢颗粒中的核裂变，所有激光束都比目前工作的激光束要强大得多。国家点火设备负责人爱德•莫斯教授说：“我们的目标是实现一种核裂变形式，这样我们就可以从中取得比投入的能量多得多的能量，这便意味着有可能进行持续不断的核反应——这种聚变可被用来生成能量流。”在基于激光的裂变中，激光束可被用来在仅仅几分之一秒钟的时间里将燃料球芯块加热至1亿摄氏度——大约是太阳中心温度的10倍。原子爆炸产生的压力则可以在十亿分之一秒的时间内，将2毫米的球芯块粉碎为其体积的百分之一。莫斯说：“在某一点上，燃料球的表面会以每小时100万米的速度向中心移动，直到它比铅的密度高100倍。”
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激光器

电脑安全


8.安全专家：利用激光束可以窃取电脑信息
说起来可能有点令人难以置信，但两位名为Andrea Barisani和Daniele Bianco的安全专家将在本月晚些时候在黑帽美国2009大会上演示一种可怕的窃密方法，这种方法只要求窃密者在被窃对象计算机所接电网中插入探测器，或者向被窃对象计算机发射激光束，就可以达到窃密的目的，这看起来像极了科幻间谍电影中的某种场景。
攻击者只要将激光发射装置对准笔记本电脑的反光部位，比如笔记本的金属Logo标签，或者笔记本铰链附近的区域，发射到笔记本电脑上的激光束就会反射回接受器上。而用户按下键盘时将引起笔记本的振动，振动则会引起激光束的反射角发生变化，再把由此探测到的反射角变化数据转换为电信号输入声卡中进行处理，就可以得知被测对象正在按下那些按键。
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9.美国哥伦比亚大学利用激光技术歼灭蚊子
研究人员正在设计激光防御系统，用来歼灭蚊子，防止疟疾扩散。美国哥伦比亚大学天文物理学家马尔卡及其同事研发出一种蚊子无法穿透的不可见光“光盾”。他们使用普通的二极管、镜片以及产生红外线屏障覆盖门窗的电源打造这一切。蚊子对光和热非常敏感（事实上，它们对红外辐射的敏感帮助它们感应其食物——人血的存在）。他们做了一个试验，蚊子面对这一光盾，会以为它是一堵真正的墙，从而避开。试验中确实杀死了一些蚊子。
马尔卡博士预测，如果蚊子穿过一道光幕的概率6%，那么对一所安装了四道光幕的茅草屋来说，蚊子能传播疟疾的概率仅为十万分之一。他的研究已得到盖茨基金会资助。
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激光歼灭蚊子

激光驱动飞行器概念图


10.令人惊艳　美科学家利用激光来驱动飞机
据美国太空网报道，美国科学家正在进行一系列的激光推进实验，有望引发一场利用激光作为推进动力的飞行器革命。借助于激光推进客机，乘客从地球一端到另一端所需要的时间只有不到一小时。
纽约特洛伊的伦斯勒理工学院航空航天工程学教授莱克·米拉伯就抱着这样一种信念。米拉伯是定向能、空间原动力、航空航天系统、以及先进推进领域的专家，他在佛蒙特州本宁顿创建了光动力飞行器技术公司。在过去30年时间里，他通过自己的研究提出了很多与未来飞行器非化学推进有关的想法并加以验证。米拉伯对太空网表示：“通常情况下，一种新型推进技术需要25年才能走向成熟。只有在成熟以后，你才能让它施展拳脚。现在已到了我们实现梦想的时候了。”
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