激光在化学领域中的应用
激光在化学领域中的应用
激光是20世纪与原子能、半导体、计算机齐名的四大发明之一。它是一种十分奇特的光源。这种光的美妙之处在于它有极大的强度、极大的功率、极高的光谱纯度以及极短的闪光时间。它的强度足以切割钢板，它的亮度比太阳光高千亿倍，甚至能够照亮月球。
激光通常由激光器产生。世界上第一台激光器是1960年由美国休斯研究室研制成功的。激光器一般由激光工作物质、能源激励装置和光学谐振腔组成。常见的激光工作物质主要有红宝石（氧化铝中掺入微量的三氧化二铬）、钕玻璃、掺钕的钇铝石榴石、二氧化碳、氦、氖气等。
当前激光技术已是走向实用化的高新技术，最近十几年中在三个方面取得的关键性重要发展，对化学产生了巨大的影响。首先是开发了几种类型的可调频激光器。其中以染料激光器最为重要，它的波长可以根据需要来选择。其次是发明了高效率的紫外线激光器，它的波长短于300纳米，给化学家研究光化学创造了极为有利的条件。第三是试制出1皮秒（1皮秒=10-12秒）式持续时间更短的光脉冲激光器，这对研究短暂的化学反应过程很有帮助。
正因为激光具有上述特点，因此它已成为化学家进行科学研究强有力的武器，并且已取得了一些令人瞩目的成果。
（1）点燃核聚变核聚变是两个或两个以上的较轻原子核[如氢（H）的两种同位素：氘（O）和氚（T）]，在超高温等特定条件下，聚合成一个较重的原子核[如氦（2He4）]，同时释放出巨大的能量。这是当今世界重大的科学研究课题，成功之后，便于彻底解决人类所用能源的问题。利用激光点火，实现两个原子核聚合是目前最有希望的两条途径之一。80年代，我国建成了一台输出激光功率1012瓦的激光装置，利用这个装置在核聚变研究上取得了一系列重大成果，从而使我国在这方面研究上已进入了世界先进行列。
（2）用激光进行分析分离激光被引入光谱技术后，使分析用的光学光谱产生了革命。最明显的效果是增加了灵敏度，一般绝对灵敏度可达到10-12～10-16克。分析要求的样品也很少，一般在微克左右。为此激光光谱分析在地质部门和公安部门有着很高的应用价值。
激光在监测大气污染方面取得的成绩也很大。现在激光遥感监测的有效距离已超过1.6公里。方法是向污染物发射一束脉冲激光，然后测量返回的荧光信号，就可知道污染物为何种物质以及它所在的距离。
激光在物质分离中也非常有用。众所周知，同位素性质非常相似，用化学法很难分离。采用激光可以有选择地使一种同位素分子发生某种反应，而使原子量不同的同位素分离出来。现在人们正在研究用这种方法生产核能材料。
（3）实现分子剪裁，合成新物质激光是一种波长范围很窄的单色光，能量很集中，一定波长的激光只对材料中某一化学键起作用。利用这种对应关系，可以有选择地用某种激光“剪除”某种不需要的基团，得到预想结构的材料。例如，利用光学系统可以把激光束聚焦成比针头还小的光点，做成生物工程手术刀。用它可以对DNA进行切割、焊接，以及对细胞打孔等。正因为利用激光法可以把分子链互相拼接，也可对分子进行剪裁，这样可使化学家逐步结束从“炒菜式”研制材料，发展到按指定性能设计合成材料。这是材料研制中的一大飞跃。
另外，自从激光问世后，人类第一次实现了俘获原子、操纵原子、移动原子和观察原子。美国科学家首先用激光组成网络实现了获取原子的研究。这一研究开拓了观察原子的新途径。使人们有可能观察到原子如何互相作用、如何演变的。可以预料，有朝一日可以研制出一种新型化学装置，有控制地使原子结合，从而生成人们设想的分子。