激光最初是由戈登·古爾德（Gordon Gould）在1950年代開發(fā)的，是現(xiàn)代社會中最流行和使用最廣泛的設備之一。從武器制導系統(tǒng)到脫毛手術中都有激光的應用。最初，古爾德（Gould）和他的同伴們努力尋找新發(fā)明的實際應用。實際上，其中一位先驅Irnee DHaenens曾開玩笑地將該設備描述成尋找問題的解決方案。如今，該技術幾乎無處不在，而激光器是一種用于開發(fā)各種出色創(chuàng)新的前沿工具。有了它們，我們就能將原子冷卻到極低溫度，創(chuàng)建令人難以置信的先進數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，甚至可以檢測出引力波等天文現(xiàn)象。自其發(fā)明問世60年來，激光技術一如既往地令人興奮。

10 啁啾脈沖放大

該技術已經普遍被應用于超強超短脈沖激光系統(tǒng)中

脈沖放大技術（CPA）是現(xiàn)代技術中最杰出的創(chuàng)新之一。突破性技術用于產生高強度的激光脈沖，而不會破壞透光材料。光突發(fā)被及時拉伸以降低峰值功率，然后在被壓縮之前被放大，從而形成具有驚人強度的光脈沖。CPA最初開發(fā)于1980年代中期，在矯正眼科手術中已變得司空見慣，其中使用高強度激光來重塑角膜。其他潛在的應用領域包括量子計算和數(shù)據(jù)存儲。實際上，科學家希望CPA的原理可以用于構建以前所未有的效率運行的計算機，其速度比當前模型快100,000倍。盡管遠未實現(xiàn)其全部潛力，但是激光技術具有許多重要的應用，并做出了許多可觀的科學貢獻。因此，其兩名主要開發(fā)人員Donna Strickland和Gerard Mourou被授予2018年諾貝爾物理學獎。

9 清理火車軌道

再也不用擔心火車軌道被人放東西了

這聽起來不是大問題，但是軌道上的濕葉子使鐵路系統(tǒng)陷入了絕對的混亂。經過的火車的規(guī)則壓力導致葉子被撕裂和壓縮，隨著時間的流逝，形成了軌道上光滑表皮。危險的碎片降低了火車軌道與車輪之間的摩擦，從而給火車帶來危險。通常，鐵路公司會嘗試用高壓水將線上的葉子沖開，或使用沙子來增強摩擦。但是，已知這兩種解決方案都會損壞軌道，而且水和沙子都是攜帶麻煩的材料。LaserThor公司已經提出了解決落葉問題的另一種方案：使用激光炸開落葉。一個2千瓦Nd:YAG激光器通過將有機材料加熱到5,000攝氏度來蒸發(fā)有機材料。2014年，荷蘭公司Nederlandse Spoorwegen同意在其DM-90火車之一上試用該系統(tǒng)。除了灼燒葉子和其他雜物外，光束的熱量還使軌道干燥，從而防止生銹。

注：Nd:YAG激光器——釔鋁石榴石晶體，釔鋁石榴石晶體為其激活物質，體晶體內之Nd原子含量為0.6~1.1%，屬固體激光，可激發(fā)脈沖激光或連續(xù)式激光，發(fā)射之激光為紅外線波長 1.064μm。

8 激光冷卻

該項技術可應用于金屬焊接和進行人體手術

使用激光冷卻物質聽起來似乎違反常識。然而，在1980年代中期，先驅物理學家朱棣文（Steven Chu）(曾任美國能源部長，1997年獲諾貝爾物理學獎，1998年6月5日，當選為中國科學院外籍院士)展示了如何使用激光束將原子冷卻至極低的溫度。氣體中的粒子表現(xiàn)出瘋狂的行為-高速飛行并充滿能量。但是，隨著氣體的冷卻，原子開始失去能量，并且速度明顯下降。換句話說，減慢原子速度會導致氣體溫度下降。這是激光冷卻的本質。當原子向激光移動時，它吸收光束中的光子并開始減速。當它們減速時，減速的原子將失去一些能量，溫度從而開始下降?；纠碚摫砻?，要使鈉原子的動量降至零，將需要20,000個光子。這似乎很難實現(xiàn)，但是Chu指出，通過適當?shù)恼{整水平，激光每秒可以抑制大約一千萬次吸收。通過激光冷卻，原子可以在幾毫秒內停頓下來。在過去的三十年中，該技術發(fā)展到驚人的程度。現(xiàn)在，物理學家能夠將原子冷卻到比絕對零度（-273.15度）高十億分之一的度。

7 操縱嚙齒動物

未來再造戰(zhàn)士可能真的會出現(xiàn)

近年來，科學家開發(fā)了多種技術來改變嚙齒動物的行為。其中一些涉及激光。激光技術使科學家能夠逆轉鼠的酒精中毒。來自加利福尼亞圣地亞哥醫(yī)療機構Scripps Research的一組專家設法減少了生物對酒精的依賴。該團隊的論文于2019年3月發(fā)表，描述了他們如何將光纖植入老鼠的大腦中并用激光束靶向特定的神經元。斯克里普斯（Scripps）教授奧利維爾·喬治（Olivier George）將這項技術描述為與輕按一下開關一樣快捷有效。盡管他們的工作無與倫比，但斯克里普斯研究所并不是第一個使用激光操縱毛茸茸的小動物的研究所。兩年前，耶魯大學的研究人員開發(fā)了一種類似的技術來激活小鼠的掠食性本能。通過向嚙齒動物顳葉的神經元發(fā)出藍光，研究人員能夠刺激咬，抓，和其他瘋狂行為。

6全息數(shù)據(jù)存儲

東北師范大學付申成副教授領導的科研團隊太牛了！

自20世紀80年代推出以來的光盤中，激光技術已經起到了記錄，存儲和檢索數(shù)據(jù)的重要作用。但是，該技術具有局限性。在當前可用的所有光學存儲技術中，數(shù)據(jù)被寫入光盤的表面。這意味著可存儲在DVD之類的設備中的數(shù)據(jù)總量受到其表面積的限制。為了解決這個問題，科學家們正在尋找一種新的技術來改善光學設備的存儲空間：全息數(shù)據(jù)存儲。這些設備將能夠以三維全息圖的形式保存大量信息。這不僅大大增加了在給定區(qū)域中可以保存的數(shù)據(jù)量，而且據(jù)說這是一種更有效，更可靠的方法。但是，有一個重大的挫折阻止您以全息形式獲取最新的大片或熱門專輯：該技術僅作為原型存在。近年來，開發(fā)人員已嘗試生產一種用于全息存儲的商業(yè)技術，但至今仍未取得成功。最有希望的發(fā)展來自中國吉林省的東北師范大學。該大學的研究人員已經開發(fā)出一種由二氧化鈦和銀納米顆粒制成的半導體膜。為了將數(shù)據(jù)寫入膠片，激光系統(tǒng)會改變銀納米顆粒的電荷，并且取決于光的波長，顆粒受到的影響也不同。

5隱形眼鏡

未來你也可以成為能兩眼放光的超人

盡管我們無法實現(xiàn)超人的激光眼，但科學家們已經開發(fā)出一種精密的隱形眼鏡，可以將激光從您的眼睛中射出。由于創(chuàng)建了超薄薄膜（只有千分之一毫米厚），該薄膜可以貼在或嵌入隱形眼鏡上，因此這種令人印象深刻的壯舉是可能的。圣安德魯斯大學的一組物理學家于2018年5月揭示了該技術，他告訴記者，該技術可用于創(chuàng)建可穿戴的安全標簽。當在牛眼球上進行測試時，鏡片會產生約一納瓦功率的激光束。

4軍事無人機防御

未來的戰(zhàn)場你可能看不到敵人就已經死了

激光武器是軍事技術的未來。在過去的幾個月中，美國海軍陸戰(zhàn)隊已經開始對其緊湊型激光武器系統(tǒng)（CLaWS）進行測試，該系統(tǒng)是一種旨在降低敵方無人機（又名無人機）的車載系統(tǒng)（如上圖所示）。與傳統(tǒng)火力相比，激光武器不僅物有所值，而且使無人機跟蹤和瞄準地面部隊更加困難。隨著中東緊張局勢的升級，土耳其軍隊還使用武器化的激光來展示其軍事創(chuàng)新和實力。實際上，它們已成為第一個在戰(zhàn)斗中使用地面激光系統(tǒng)擊落敵方車輛的國家。2019年8月，土耳其部署了激光武器，以攻擊和摧毀在利比亞米蘇拉塔（Misurata）上空盤旋的阿聯(lián)酋武裝無人機。

3檢測引力波

星際旅行的未來

當LIGO的研究人員宣布他們在2015年首次檢測到引力波時，世界各地的物理學家和天文學家屏住了呼吸。在此之前，引力波已被證明難以捉摸。盡管最初是在1916年做出預測，但經過了近一個世紀的技術創(chuàng)新，科學家才真正能夠瞥見它們。觀察這種令人驚訝的奇觀僅能通過激光技術才有可能。引力波是宇宙的漣漪，以光速回蕩在整個宇宙。當它們在太空中傳播時，引力波會扭曲并扭曲周圍的環(huán)境，可以使用復雜的高靈敏度激光探測器進行測量。地下重力波天文臺LIGO使用激光和鏡子檢測每當波浪通過時發(fā)生的微小變化。

2生物打印干細胞

想長生不老嗎？快來研究生物打印干細胞吧！

生物打印是醫(yī)學專家用來制造合成器官和組織的新興且高度復雜的過程。通常，這些人造復制品是通過逐層沉積生物墨水的液滴以建立有效的3D結構來創(chuàng)建的。在2018年，Laser Zentrum Hannover的一組研究人員開發(fā)了一種生物打印一種被稱為hiPSCs 的干細胞的技術，這種干細胞是來自成人體細胞的可編程人類誘導多能干細胞。這些細胞用途廣泛，能夠轉變?yōu)槿梭w中任何其他類型的細胞。因此，它們作為構建替代器官或個性化藥物測試系統(tǒng)的材料具有極好的潛力。在進行生物打印之前，將hiPSC懸浮在生物墨水中，然后分層到載玻片的表面上。第二個載玻片直接位于第一個載玻片的下方。然后，使用短暫的激光脈沖將生物材料的液滴從較高的載玻片上噴射到較低的載玻片上。到目前為止，初步測試已證明是成功的。幾乎所有細胞都在激光打印過程中幸存下來，并保留了它們的特性。

1光學鑷子

以后拿東西不需要用工具了

在本文之前，我們談到了兩位物理學家Donna Strickland和Gerard Mourou，他們在脈沖放大方面的開創(chuàng)性工作于2018年獲得了諾貝爾獎。那年，光學開拓者也獲得了該獎項：以發(fā)明光鑷而聞名的美國物理學家亞瑟·阿什金（Arthur Ashkin）。光學鑷子是杰出的儀器，具有廣泛的生物學應用，從研究活細菌的運動到檢查DNA的特性不等。阿什金的技術使用高度聚焦的紅外激光束將微觀物體懸浮在空中，并將其捕獲在光阱的中心。當物體與激光的光子相互作用時，物體會受到散射和梯度力的作用，從而使物體鎖定在適當?shù)奈恢谩?/p>