小心！无处不在的激光，可能会废掉你的眼睛

　　最近有新闻报道称，江苏南通一名男孩用激光笔连续照射自己的左眼51次，最后突然眼前一片漆黑，什么也看不见了。
　　经医生检查发现，由于照射次数太多，男孩的左眼已经不可能完全恢复视力。这真是一则令人感到悲伤和惋惜的新闻，激光笔是一种较为危险的玩具，如果家长没有放任孩子随意玩弄激光笔，这则悲剧便有可能不会发生。
　　事实上，许多人可能对激光并没有一个清晰的概念。例如，激光是如何产生的？激光有什么作用？激光会带来哪些危害？除非是激光领域的研究人员和从业人员，其他人估计没有办法一下子回答出来。
　　为了在小朋友们问起这些问题时不至于一时语塞，今天我们就来捋一捋有关激光的一些小常识吧！什么是激光？
　　从我们的直观印象来看，激光是一种非常明亮而强烈的光束。那么下面这些图片中，哪个是激光呢？
　　不同类型的发光体
　　图源：维基百科
　　答案很明显，左图只是普通探照灯发出的光束，中图则是发光二极管（LED）发出的光，右图才是大名鼎鼎的激光。这三种光的发光原理是不同的。
　　探照灯和手电筒的内部结构较为类似，主要由光源和反射镜组成。光源发出的光线在反射镜作用下改变方向，以光束的形式向外发出。如果在光源的前方增加一个透镜，那就还可以调节光束的角度。
　　探照灯的内部结构图源：作者自制
　　发光二极管是半导体二极管的一种，内部由P型半导体和N型半导体两部分组成，这是它的核心元件。在通电的状态下，N区的负电荷和P区的正电荷互相结合，同时会激发出许多光子。这些光子向四周各个方向自由传播，由此形成了散射光。我们常见的发光广告牌和霓虹灯等，就是由大量发光二极管组成的。
　　发光二极管的内部结构图源：作者自制
　　激光则是由激光器发出的一种特殊光线，而下图所示的激光二极管是激光器的一种。这种激光二极管是在发光二极管的基础上，在P区和区之间增加了一个特制的谐振腔。这个腔体的一侧安装了一个全反射镜面，光子无法穿过；与其相对的一侧则安装了一个部分反射镜面，光的强度达到一定阈值时便能穿过。
　　激光二极管的内部结构图源：作者自制
　　当激光二极管通电时，首先由正负电荷的结合作用而激发出了光子，这一过程与发光二极管类似。
　　不过，由于这些光子数量较少，因此被困在了谐振腔内，只能在两个镜面之间像乒乓球一样来回反弹。
　　当某个光子正好撞向了半导体原子时，两者的碰撞作用会再次激发出新的光子，并参与到反弹的队伍中去。在持续的电流驱动下，越来越多的光子在碰撞作用中被激发出来，并继续参与到新一轮的反弹、碰撞中去。
　　在这种正反馈式的雪崩效应作用下，光子的数量迅速增加，最终顺利从右侧的部分反射镜面穿过，形成了一束向外发出的激光。
　　尽管这种激光二极管在生活中很常见，生产量非常大，却不是出现最早的元老。
　　世界上第一台激光器是1960年由美国科学家梅曼发明的红宝石激光器，这种激光器以螺旋式的闪光灯管作为提供光子的激励源，而红宝石柱体则是用于对光子进行增益放大的谐振腔。到了两年之后，通用电气研究实验室的RobertHall团队才发明了第一款以砷化镓为材料的半导体激光器。除此之外，常见的激光器还有气体激光器、液体激光器和光纤激光器等，除了工作介质不同外，它们的工作原理都是大同小异的。
　　红宝石激光器原理图图源：维基百科激光有哪些特性？
　　和阳光、灯光等普通光线相比，激光要更加的纯粹。普通光线一般向四周散射（光子运动方向各不相同），并且由许多种不同颜色的光组成（光子波长各不相同），而激光光束则由单一波长、运动方向高度一致的光子组成，因此具有单色、单向和高能量的特点。
　　普通光（上）和激光（下）的对比图源：作者自制
　　其中，激光的单向性使得人眼无法在侧面看到激光的存在，只有被空气中的灰尘散射时才能隐约看清。这也是人们更容易忽视激光危害性的原因之一毕竟和看上去很刺眼的探照灯灯光和高亮度LED灯光相比，激光一点也不刺眼，似乎并没有那么危险。
　　丁达尔现象可以让激光显形图源：百度百科
　　但实际上，激光是非常危险滴！
　　由于激光具有高能量的特点，因此可以用来对金属、陶瓷、塑料等材料进行切割；可以在材料表面进行永久性标记；还可以进行焊接，形成均匀牢固的焊缝。高能激光束甚至还可以用于制造先进的激光武器，专门用来对付空中的各种飞行器。
　　激光切割图源：鲁科智光
　　激光焊接图源：双成激光
　　激光武器示意图图源：人民网
　　除此之外，激光还具有很强的相干性。相干性是指激光光束中的各个光子之间的相位关系是固定的，不会随机变化。
　　这使得激光能够形成稳定的干涉图样，也使得激光能够被调制和放大，从而实现信息的传输和处理。光纤通信就是利用了激光的相干性原理，使携带了大量信息的激光在玻璃纤维中远距离传输，这样我们才能在家随时连wifi上网。
　　光纤图源：光联线缆
　　神奇的是，激光还可以用于医疗领域，能够对人体组织进行切割、消融、凝固等治疗，具有创伤小、出血少、恢复快等优点，广泛用于眼科手术、皮肤美容、肿瘤治疗等领域。
　　激光在许多领域都可以大展身手，所以在生活中几乎是无处不在。激光对人眼威胁巨大
　　激光是被写进我国十三五规划《中国制造2025》的重要产业升级新兴技术。但是作为一种现代科技的产物，激光同样是一面双刃剑不仅有很广阔的应用价值，同时对人体存在着巨大的潜在危害，其中最严重的就是会对眼睛造成不可逆的永久性损伤。
　　当激光直射眼睛时，光束会直接穿过眼角膜和晶状体，直接照射到视网膜的黄斑区。
　　这一区域是人眼视觉最敏锐的地方，但是散热能力很差。一旦激光所携带的能量超过了一定的阈值，黄斑区的感光细胞就会由于温度迅速升高而被破坏，简而言之就是被烤熟了。可见激光对人眼的危害之大！
　　据调查，美国每月平均收到20多起有关激光致伤的报告，其中多数都是对眼部造成的损伤，看来淘气的熊孩子哪里都不会少。
　　被激光照射后出现的圆点状黄白色点状病灶图源：四川在线
　　在这里还要注意的是，激光笔所发出的激光属于可见光范围，所以我们可以很轻易地避免激光直射眼睛。
　　但是一些摄像头、雷达等设备却可以发射人眼看不见的红外激光和紫外激光，这些看不见的激光同样会对人眼造成损伤，所以平时没事别凑上去盯着看哦！
　　来源：蝌蚪五线谱
　　作者：流火（兵器工业某研究所，工程师）