激光通讯

最近冰岛的火山喷发不只对欧洲，对整个世界都造成了巨大影响。巨大的火山灰漂到了欧陆上空，因为害怕火山灰影响飞机的引擎（见本期文章），欧洲很多机场不得不暂时关闭，事实上切断了欧洲与外界的空中联系。让在外的欧洲人回不去，在欧洲的外国人出不来，影响的不仅仅是航空行业。

这时候，我就想无处不在的激光能有什么作为呢？请教了 Google 老师，果然是有的。欧洲的航空气象学家们，或在地面观测站，或者驾机至云层之上，用激光雷达系统来监测领空的火山灰云情况。这些激光雷达装置会发射激光脉冲到云层里，遇到灰尘颗粒，一小部分光会被散射回来。通过分析散射光的情况，就可以了解火山灰尘在这个方向的分布。如果在不同方向上扫描的话，就可以得到火山灰云的三维密度分布。这比通过卫星气象云图得到的二维信息更有用些。

类似的技术在平时也被用来研究火山口的形态。这时候激光对准的是火山口，通过测量激光脉冲碰到岩石或岩浆后返回的时间，可以获得火山口的三维地貌。持续不断的监测，可以让地质工作者们了解缓慢的地表运动，以及快速的岩浆活动，看到火山喷发的迹象，做出预警。这种技术明显的好处是，可以把仪器放在老远的地方，不需要人深入到危险的地带。

另外一种火山预警方式是分析火山口逸出的气体。传统上是这么做的：先到火山口收集样品，然后送回实验室进行分析。这种方法，一是人身不安全；二是花费的时间太长，不适于紧急情况。有人就提出了一种激光探测办法。

碳有三种同位素，大气中二氧化碳所含的碳同位素的比例已知。但是岩浆中的二氧化碳有不同的比例，或多或少，取决与具体的火山和当地的地质。所以岩浆活动剧烈的时候，火山口的大气中的二氧化碳成分会有细微变化。这三种二氧化碳的吸收谱各不相同，因此用激光光谱的办法可以迅速精确地把它们各自的浓度测定出来。

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提交至《新知客》激动的光专栏

从 2010 年四月开始，我在《新知客》上开始写一个专栏，下面是第一篇：

1960 年 5 月 16 日，加州马里布，休斯实验室，世界上第一台激光器（Laser）在此诞生。梅曼（1927～2007）在一块指尖大小的红宝石晶体的两个平行面上镀银，把它插入一支螺旋形的闪光灯中间，然后把它们一起放在一个铝制的圆筒腔里，得到了红色的脉冲相干光输出。同一天，在巴黎，为缓解东西方的紧张局势举行的美苏英法四国首脑会议，草草以失败收场。原因是艾森豪威尔拒绝赫鲁晓夫就月初发生的间谍侦察机事件做出道歉的要求，让冷战时期的美苏关系降至最低点。

这两个事件除了在同一天发生，还真有那么一些联系。首先，二战以及战后美苏间的对抗，让两国政府增加了对科学研究的投入，这加速了激光的发明。另外，1964 年因发明激光而获得诺贝尔奖的汤斯，在二战期间参与过雷达导航轰炸系统的研究。当时，军方让他做短波长（1～1/4 厘米）的雷达，以获得更好的方向性，机载的天线也能小一点。他完成了，但是因为大气中水汽在这个波段的吸收，这个波段的雷达并不实用。不过，这段工作经验让他于战后发明激微波（Maser）变得顺理成章，他的团队制作成功的第一台激微波就在这个波段。

1953 年发明的激微波和激光的原理相同，只是一个在微波波段，一个在可见光/红外波段。所以，1958 年，汤斯和肖洛提出激光时，把它称为光学激微波（optical maser）。但是，由激光历史上另一个著名人物，古尔德，提出的缩写 LASER 最终流行起来。

所以说，激光和互联网一样是从军事目的的研究中发展起来，这也许是它的原罪。大众提到激光，首先想到的是激光武器，科幻小说中的死光枪。但激光在经过几十年的发展之后，其实已经被使用在日常生活的方方面面，比如条形码扫描器，光盘，激光打印机，在光纤里为互联网传输数据，激光电视，等等，且不说它在科学研究，医疗和工业上的无穷应用。

这个专栏，就是想在激光发明五十周年的时候，和大家一起挖掘一下它的历史，应用，知识，以及趣闻，也算一个激光研究者的纪念方式。

专栏名字应该叫《激动的光》，我还没看到过这期《新知客》什么样子。专栏的名字取自我以前一个半途而废的激光主题网站。

因为是一份大众商业杂志，我必须努力在几百个字内说清楚一个事情，而且得吸引人。说实话，我至今不知道该如何来做，慢慢探索吧。