激光技术站在科学前沿

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


“当你第一次发射激光时……感觉就像你创造了某种神奇的东西。” Tom Baer,斯坦福光子学研究中心执行主任最近在被我问及他为何在过去三十年里一直研究和开发这项技术时对我这样说道。

抛开美学不谈,Baer表示,他看到近年来激光技术正在经历“复兴”。用这个词来形容中世纪晚期文化运动以外的任何事物都让我有些犹豫,但Baer很快提供了几个激光技术支持的前沿研究的例子,包括以下内容

国家点火装置(NIF)(NIF)自2009年5月在劳伦斯·利弗莫尔国家实验室开放以来,已经开始运行一系列激光器,这些激光器的功率比以前存在的任何激光器都要强大100倍,目的是重现为我们星系中的恒星提供能量的聚变能量过程。NIF的实验将192束巨型激光束的能量聚焦在一个BB弹大小的、装满氢燃料的目标上,目标是融合氢原子的原子核并产生净能量增益,Baer表示。NIF自己声称,它有望成为第一个在实验室环境中实现聚变点火和能量增益的设施。“国家点火装置正在推动整个高功率激光器领域的发展,使用的是基于陶瓷的固态激光器,”Baer说。


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Baer告诉我,激光还在推动一类新型人工工程材料的发展,这类材料被称为“超材料”,它们根据结构而非成分获得不同的特性。这方面的一个例子是使用激光在聚合物或玻璃纤维中创建微小的孔。“与其制造均匀的光纤,不如制造具有不同光学特性的多孔光纤,”Baer说。“它不仅仅是玻璃,而是空气和玻璃的结合,因此它可以改变玻璃纤维的特性。这些正在集成到下一代电信技术中。” 虽然光纤电缆通常必须是直的才能传输强信号,但这些新型光纤线路的灵活性使其更易于使用。“您可以使用射钉枪在家中或办公室安装光纤线路”,而不会降低信号质量,他补充道。

Baer表示,激光也被用于神经科学的前沿,以帮助研究人员了解大脑如何处理信息,这将不仅改善医学,还将促进人工智能的发展。“到目前为止,我们一直缺乏测量大脑有机回路的工具,”他补充道。“这些都是我们想要理解的非常基本的问题。”

这种被称为光遗传学的方法,涉及使用激光和显微镜来激发和研究果蝇大脑的不同区域。Baer说,果蝇的大脑只有一粒盐那么大,但它是一个复杂的大脑,具有与人脑相同的一些基本电路元件。他补充说,激光被用于“警觉、行为正常的动物,如果蝇”,这些果蝇经过基因工程改造,可以在神经元放电时产生染料。这使得研究人员能够实时观察许多神经元同时处理信息。

他承认,这项工作提出了一些需要探讨的伦理问题,特别是当其应用从昆虫转移到其他动物时,但这代表了“我们在观察和建模这些过程的能力方面发生的巨大变化。我们将在5到10年内(而不是50年)拥有小型动物的工作模型,而这项工作完全由激光驱动。”

只有时间才能证明这项工作是神奇的、恶作剧的还是物质的。

图片 © Chris Rogers,来自iStockphoto.com

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