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中华学生百科全书-第172部分
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制，形似神似。几何图案的制作更是雕刻机的拿手戏。还有一种激光雕刻机
和计算机相结合，并和电视摄像机相联结。你坐在摄像机前，看着一个荧光
屏，从变化不定的表情中选取一帧最满意的，一按电钮，这一微笑的影像就
凝固在荧光屏上并输入计算机，经过图像处理变成控制激光束的信号；受控
制的激光束就能在木板、玻璃、塑料或陶瓷上刻上你的肖像，配上新型的框
架，就成为一件艺术品。当然这样的雕刻机也可以刻出摄像机摄入的其他图
像、可以刻出计算机产生的各种图像。
摄影家也开始使用激光了。有人用激光把彩色照片上的色彩分离出来，
变为各种电信号，再用计算机根据作者的意图合成种种新的彩色照片，可以
变成色彩和原来成互补的照片，也可以色彩稍加强调，成为一张特色照片。
现在激光摄影已成为艺术百花园中的一朵奇葩。
地处上海市郊青浦县的大观园中曾展出过“金陵十二钗”的塑像。一个
透明的圆筒，缓缓旋转，中间除一只小小的碘钨以外，空无一物。观众透过
圆筒中心看去，却能看到林黛玉举手拂袖，徐徐而动。依次看去，薛宝钗、
贾探春、王熙凤个个会笑会动，栩栩如生，就如缩小的真人在筒内一样。这
种艺术新品引来了大批游客，还被外地旅游点邀请去展出，成为受人欢迎的
旅游项目。
其实，这是一种称为环视 360 度全息照相的新型摄影艺术作品。
当然，红楼梦人物是戏曲演员扮演的。演员按技术人员要求做慢动作：
举手、说话、微笑等等。同时一台电影摄影机围着演员边转 360 度、边拍摄，
摄下 2000 幅左右的照片。然后在实验室把这些照片合成到一张大胶片上，每
一幅照片在胶片上只占不到 1 毫米的一小条。合成以后把大胶片卷在有机玻
璃筒上，做好支撑旋转的架子，就成了一件赏心悦目的艺术品。
这是一种特殊的全息照相，也具有立体感，圆筒一转，人眼看到的图像
不断变化，就像电影一样，时而微笑，时而眨眼，非常逼真。
激光正在渗透到文化艺术的各个领域中去，它与人们日常生活的关系更
密切了。不久的将来，激光也许会成为人类精神生活中的重要角色。
激光加工技术
激光钻孔机
在激光钻孔机问世之前，对各种机械零件钻孔靠的是电动钻孔机或机
床。但机械钻孔不仅效率低，而且钻出的孔洞表面不够光洁。
激光钻孔的原理，是利用激光束聚焦使金属表面焦点温度迅速上升，温
升可达每秒 100 万度。当热量尚未发散之前，光束就烧熔金属，直至汽化，
留下一个个小孔。激光钻孔不受加工材料的硬度和脆性的限制，而且钻孔速
度异常快，快到可以在几千分之一秒，乃至几百万分之一秒内钻出小孔。
比如，如果需要在金属薄板上钻出几百个连人眼都难以察觉出来的微
孔，用电动钻孔机显然是不能胜任的，但用激光钻孔机却能在 1～2 秒钟内全
部完成。如果用放大镜对这些微孔作一番细查的话，可发现微孔表面十分整
齐光洁。
激光钻孔还可用来加工手表钻石。它每秒钟可以钻 20～30 个孔，比机械
加工效率高几百倍，而且质量高。同时，激光钻也与下面我们就要讲到的激
光切割一样，加工过程是非接触式的，即不像机械加工那样靠钢钻头逐渐钻
透金属材料。因此，激光操作可以在自动连接加工，或者在超净、真空的特
殊环境中发挥作用。
与激光钻孔机堪称兄弟的是激光切割机和激光焊接机。
激光切割机
知道了激光钻孔的原理，就容易理解激光为什么可以切割金属材料了：
只要移动工件或者移动激光束，使钻出的孔洞连边成线，就自然能将材料切
割下来了。而且，不论是什么样的材料，如钢板、钛板、陶瓷、石英、橡胶、
塑料、皮革、化纤、木材等，激光都像一柄削铁如泥的光剑，而且，切割的
边缘非常光洁。
激光焊接机
激光之所以能用来焊接，是因为它的功率密度很高。所谓功率密度高，
是指在每平方厘米面积上能集中极高的能量。激光的功率密度有多高呢？我
们可以作个比较：工厂里通常用于焊接的乙炔火焰能将两块钢板焊在一起，
这种火焰的功率密度可以达到每平方厘米 1000 瓦；氩弧焊设备的功率密度还
要高，可以达到每平方厘米 10000 瓦。但这两种焊接火焰根本无法与激光相
比，因为激光的功率密度不仅可以焊接一般的金属材料，还可以焊接又硬又
脆的陶瓷。不小心打破碗碟，也用不着惋惜，只要用激光焊接机就可以重新
将破片焊好，甚至连疤痕也难以发现呢！
激光淬火
说到淬火这个名词，你们不一定熟悉，但淬过火的材料却并不少见。比
如，日常使用的切菜刀，刀刃处就淬过火，因为淬火可以大大提高金属材料
的硬度。
传统的淬火方法十分简单，先将刀刃烧红，然后骤然浸到冷水里，经过
这一热一冷的处理，刀刃的硬度就大为提高。不过，效果不一定理想。
激光淬火，是用激光扫描刀具或零件中需要淬火的部分，使被扫描区域
的温度升高，而未被扫描到的部位仍维持常温。由于金属散热快，激光束刚
扫过，这部分的温度就急骤下降。降温越快，硬度也就越高。如果再对扫描
过的部位喷射速冷剂，就能获得远比普通淬火要理想得多的硬度。
激光与印刷术
说到印刷术，自然就会联想到我国的毕升。早在距今 950 多年前的宋朝，
毕升就发明了活字版印刷术，与火药、指南针、造纸术并列成为中国古代四
大发明。
毕升先在胶泥片上刻字，一个字就像一方印章，然后用火烧硬，便成了
一个个活动的泥字。你们玩过拼七巧游戏吧？对照蓝图，可以用七巧板拼出
各种平面图案。当时毕升也有这道工序，叫做排版。就是根据书稿检出一个
个相应的活字，将它们字面朝上排在铁板上。铁板是带框的，以便固定活字。
然后对铁板略微加热，使敷在活字表面的蜡层熔化，同时再用平板压平一个
个活字的字面。这样，当蜡层冷凝后，便将一个个活字的底部粘在了铁板上，
形成了一颗硕大的“印章”。这颗大印章的字样便是由许多活字字面组成的。
只要在字面上蘸上墨，就可以在纸上印出书来。
今天的印刷基本上沿袭了毕升的老办法。当然，在工艺上有了较大的改
进。首先是用铅字代替了泥字。另外，又多了几道工序。就是用铅字组成大
印章后，通常并不直接去印书，而是用大印章先在硬纸上刻出字样，形成纸
型。然后将熔化的铅水浇在纸型上，待冷却后便成了上面带有字样的铅版，
再将铅版粘在印刷机上，蘸上印墨印书。
显然，从刻活字、排字、做纸型、浇铅板，到最后上机器印刷，工序十
分繁琐。因此，这种费时又费力的印刷业是亟待改进的。于是照相排版应运
而生。
照相排版实际上是引入了光学摄影原理。用活字排版，必须根据书稿，
依样画葫芦地检出各种大小、字体不同的铅字和符号进行排版。而照相排版
要简便得多，它是通过排字机上的透镜，来改变字样的大小和形状的。至于
用透镜为什么就能改变字样的大小和形状，这实际上就等于我们照“哈哈
镜”。上海著名的游乐场—…“大世界”——的一组镜面凹凸不平的镜子，
就是哈哈镜，人一站到镜子前面就会出现各种被扭曲的滑稽相，于是忍俊不
住，哈哈大笑。
用照相排版时，只需将光源通过透镜把需要的文字和符号，在感光相纸
上成象，再经过显影和定影就形成了照相底片。然后，只要像印照片那样印
刷就行。
照相排版可使用两种光源，刚才讲的实际上是用普通光源。
由于激光的亮度高，颜色纯，可以大大改善图像的清晰度，印出来的书
质量当然就高。
另外，激光照相排版比起普通照相排版要迅速、简便得多。
激光照相排版首先是通过计算机把文字变成一个个点，然后用点来控制
激光扫描感光底片。即用激光‘撞’击底片上的感光涂料，留下无数个对应
的点，这些点经显影、定影后就重新变成文字或图像。这里，激光束相当于
电子束，感光底片相当于电视机荧屏。接下来，用载着文字和图像的底片就
可以去印书报杂志了。
彩色电视机之所以能显示红、绿、蓝三色，是由于荧屏上涂有三色荧光
粉，它们在电子撞击下会显出三种颜色。而激光排版也可以采用类似的原理，
印刷出优美的彩色画面来。
激光指纹与防盗
在人手指最末一节的端面皮肤上，都有凹凸相间的纹线，而这种纹线在
长短、形状、粗细和结构上，又是因人而异的，所以由此组成的花纹便带有
与众不同的个性。
人的指纹都是各不相同的，而且这种花纹又是终身不会变化的，所以古
今中外，历来都公认指纹可作破案的依据。因此，在一些文件和契约上，捺
指印或签名有同等作用。而公安机关也可根据指纹，追捕罪犯。但问题是，
在很多情况下，现场留下的指纹用肉眼或放大镜根本看不出来。比如，留在
物体上的指纹被水浸泡很长时间，潜伏起来了。这怎么办？那就要请激光来
为它显形了。
激光为什么能使潜指纹原形毕露呢？原来人的皮肤表面分布着许多汗
腺，当人的手指接触物体表面时，从汗腺中分泌出来的汗液就附着在物体表
面，形成了潜在的指纹。在通常情况下，指纹附在物体上的沉积物大约只有
0．1 毫克。显然，这是极其微量的，而且在这 0．1 毫克的沉积物中水分占 99
％，它们会很快蒸发掉，留下的无机物和有机物大致各占一半。无机物大多
是各种盐类。
由于指纹的残留物太少，要使指纹显形，通常要采用一些技术。但如果
时间隔得长了，特别是现场被破坏得很严重，再加上风吹雨淋的话，常规的
技术方法就会束手无策，因为潜指纹的残留物几乎已经没有了。
此时，如果用激光照射物体，却仍可以显出比较清楚的指纹来。根据最
新的研究，甚至对于那些已在水中浸泡了 10 年之久的木块、塑料、织物、玻
璃等物，在进行一些必要的技术处理后，再用激光照射，仍能显出指纹来。
随着盗窃的手法越来越高明，防盗的措施也层出不穷，锁具就是一种普
遍采用的防盗措施。提起锁的历史，大概可以追溯到几千年以上，但一直到
本世纪初，锁具还是比较落后的挂锁。这些元宝的铜挂锁仅由两片空心铜片
与外壳扣在一起。我国农村里直到 60 年代初，还普遍使用铜挂锁看家。
后来，又出现了弹子锁、号码锁。近年来，一些宾馆里装上了电子锁，
旅客只要凭一张磁卡，插入锁孔中，就能打开房门，并接通室内的照明电路。
在一些科幻电影中，当有人要进入一些绝密的房间时，先要站在门口将
眼睛贴近门上的检查孔中照一下，然后，门才会自动打开。这是什么意思呢？
原来人的眼底微血管网络，也与人的指纹一样，是因人而不同的，所以眼底
微血管网络也称眼纹，同样可以用来作身份证。在门上的检查孔中照一下眼
纹，里面的电脑就可对照底卡，确定来人的身份，再决定是否开门。
所谓全息锁，是一种更实用的激光防盗锁。它的原理是把主人家全体成
员的指纹，通过全息照相的方法全部记录在底片上，然后再储存在全息锁具
中。要开锁时，先打开激光器，让激光束分别照射底片和手指上的指纹。如
果两者一致，锁就会自动开启，如果是陌生人的手指，指纹就与底片上的不
吻合，锁不仅不会开启，而且还会发出警报。
全息锁特别适合安全部门使用，如档案馆、博物馆、银行、财会室以及
重要的仓库等。
新型“千里眼”——激光雷达
无线电技术的发展使“千里眼”、“顺风耳”由幻想变为现实。这里的
“千里眼”是指二次大战中发明的雷达。雷达发出脉冲电波，遇到敌机就会
反射回来再为雷达接收器所接收，在雷达荧光屏上显出一个亮点。根据这一
亮点可以算出敌机的方位、距离、高度。有经验的观察人员可从亮点显示的
情况大致判断目标是什么东西。用这种方法能够发现几十公里乃至几千公里
以外的飞机，当然可称“千里眼”了。然而仔细想来，从无线电雷达“看”
一架飞机，或者一艘战舰，无非只是荧光屏上一个亮点，不是训练有素的人
员简直莫名其妙。因此雷达探测距离确实可达千里之遥，要说是“眼”只能
算艺术夸张了。
出现了激光以后，货真价实的“千里眼”才有希望实现。因为激光的波
长短，方向集中，从原理上讲完全可以制造出成像雷达来。那时，从荧光屏
看到的将是目标的实际形象，而不是一个亮点。当然要把这种成像雷达造出
来还有许多技术难题要解决，所以现在还没有这样的千里眼。
可能有人会问：电视机能不能算千里眼呢？一般来说电视机能让你看到
千里外的文艺节目演出、球赛实况等，也可以算千里眼了。其实，电视播送
设备的“眼睛”是电视摄像管，它必须离拍摄的景和物很近才能有良好的效
果。电视摄像管把摄到的图像变为电波在空中传播，然后才能在电视机上显
示出来，如果两地距离超过几十公里还必须用微波中转站传送系统。严格来
说并不能算是千里眼的。
千里“眼”成像雷达虽然一时还做不到，但比它略逊一筹的激光雷达已
经造出来了。它和微波雷达相比有不少优点：虽然两者都可用来测距、测角，
但激光雷达的光波长短，光束细，精度比微波雷达高 10 倍以上。激光雷达从
1500 米的高空探测地面，光束直径仅 10 多厘米，可以分辨得出地形的高低
变化，这也是微波雷达所做不到的。其次，激光雷达比微波雷达轻巧得多。
为了在一定距离上保持同样的波束大小，激光雷达只须用直径为几厘米的透
镜，而微波雷达要用直径 60 米以上的天线。远程微波雷达的天线，直径更大，
一般要固定安装在雷达站里。而整个激光雷达用卡车就可以装运，甚至几个
人就可以抬走。再有，激光雷达可以测量目标的速度等参量，这是一般雷达
所做不到的。激光雷达还有良好的抗干扰性能，不受地面电波的干扰，这是
军事上很受重视的一个特性。
激光雷达在发展中还有一些问题要解决，如大气影响激光的传输和因光
束太细而带来的搜索目标的困难等。现在常把两种雷达结合起来：用微波雷
达作范围较大的搜索，搜索到目标的座标以后，再用激光雷达在小范围内跟
踪目标，并精确测定目标的座标及运动速度。
激光雷达是一专多能的。除了军事上用的雷达以外，还发展了非军用的
雷达，它们不一定都称为雷达。有一种叫做测距仪的激光雷达可测量月球到
地球之间的距离，绝对误差小于 15 厘米，相对误差小于 4×10…10。若是以这
样高的精确度测量 1 米长的物体，误差还不到 4 个氢原子大小。氢原子的直
径约 1010米，或者说一万分之一微米。精密测量地球和月球之间的距离及其
变化对科学研究十分重要。人们可以通过这样的测量，了解地球和月球的形
状及表面地形，从而测算地球上各处重力变化；另外，测量地球某一固定点
到月球之间的距离的变化可以算出大陆漂移的具体数据，还可以根据月地距
离的变化，了解月球引力和地球上潮汐变化的关系。此外，激光测距仪还能
测定人造卫星的位置和人造卫星的轨道。
激光雷达在宇宙航行中十分有用。宇宙空间没有空气，激光束不会受影
响；装在航天器中的雷达要求体积小，重量轻，耗能少，这正好是激光雷达
的特长。已经制成能追踪宇宙飞船的激光雷达，因为它的精度高，可以使在
轨道上飞行的两个太空飞行器准确地对接合拢。
1971 年，美国发射的阿波罗登月飞船，载了一辆可在月球上行驶的“月
球漫游者车”，车上装着一种能直接控制电视摄像机的激光雷达，用来跟踪
宇宙航行员，把宇航员的“漫游”情况由电视摄像机摄下后，通过无线电发
射设备，将信号送回地面。这种雷达很小，重量只有几千克。
由于激光雷达光束的分辨率高，不但能识别高楼、大山等庞然大物，而
且能发现电线杆、烟囱、电线等细小目标。所以军事上，用激光雷达做成避
撞器，装在低空飞行的歼击机和直升飞机上，可以防止发生飞机碰撞事故。
有的激光对大气成分的变化非常敏感，科学家利用这个特点，发明了探
测大气污染的测污雷达。
人类进行生产活动产生的各种有毒有害物质，如果不加治理，任意向外
界排放的话，危害无穷。比如，一氧化碳在大气中的含量只要超过十万分之
一，就会使大片庄稼结不出果实。为了能及时测得这些含量极少的污染物，
需要灵敏度特别高的监测仪器。
不同的污染物，因为分子结构不一样，能吸收不同波长的激光，最新的
激光测污雷达使用可调波长激光器，灵敏度高、分析速度快，改变激光的波
长，测定吸收量，可以分辨出污染物的成分和含量。更方便的是汽车运载的
测污雷达，环保工作人员带了它可以探测车辆行驶路线周围几公里之内的大
气污染。
光学“顺风耳”
谈到千里眼，就会想起顺风耳。人们把无线电通讯称为顺风耳。激光一
出现就与通讯结下不解之缘。
第一台气体激光器——氦氖激光器是美国贝尔电话实验室研制成功的。
电话实验室是研究电话的，怎么也研究激光器呢？因为，那时的科学家预见
到激光可能成为最先进的通讯工具。
古代的通讯方式主要靠传口信或写信，由专人步行或骑马递送，速度很
慢。要快，就要用火光来传消息。我国早在周代，镇守边关的守军就已经用
燃烽火的办法向都城报告外敌入侵的消息，可算是最早的光通讯了。西欧至
19 世纪前半叶出现过讯标机发报法。如从巴黎到土伦，沿途 380 公里，每隔
一段便在高地上建造一座传送塔，共计 120 座。发送员摆动长杆代表特定讯
号，接收员用望远镜看。传送一个讯号，经过 120 站，约需 1 分钟。这也是
一种光通讯，比烽火进步多了，但仍有很大的局限性。电报、电话发明以后，
千里之外通话就像近在咫尺。电波从上海到北京只需二百分之一秒钟，比火
车、飞机快得多。现在原始形式的光通讯被淘汰了，只在一些特殊场合才使
用，两地之间的通讯都使用电话、电报和传真电视。
电话、电报发明到现在 100 多年来，通讯经历了巨大的变化。从有线到
无线，从长波到微波，从地面到空间，从传声到传形等等。而现代工农业、
军事技术和科学研究的飞速发展，对通讯的要求越来越高，突出的矛盾是目
前的通讯线路容量大大不够。
所谓线路容量就是一条通讯线路能同时通话的路数。通讯所用的电波频
率越高，容量越大。打一个比喻：如果房子一层住 60 户，两层就住 120 户，
盖 20 层就可以住 1200 户，这可住的户数就是容量。显然。房子造得越高，
容量也越大。
我们日常使用的市内电话，一条线路上只能同时有一对用户通话；后来
出现了利用高频载波的多路通信技术，一条传输线路上同时通话的数量可以
多到成千上万路。从绝对数字来看，已经不算少了；但如果从发展眼光看，
还是远远不够的。随着物质文明的进步，人们相互间的通讯需求，必然日趋
增多；而且，现在人们已经不满足于听声音，更希望能在电视屏幕上见面。
这就要求通讯传输线路的容量比现在的多上几万乃至几十万倍。不过，要增
加线路的容量，非要从更高频段中发展不可。目前看来，适合于通讯的更高
频段要数光频了，它比微波高几万倍以上。理论上算起来一条光路可通电话
几十亿路，电视几十万路。所以人们又想到了光通讯。
普通光源发出来的光，频率很杂，不能用来作大容量通讯；只有频率极
纯的激光才能担当这一重任。
激光出现的第二年，科学家就用它在大气�
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