光的原理早在1916年已被著名的美國物理學家愛因斯坦發現，但直到1960年激光才被首次成功制造。激光是在有理論準備和生產實踐迫切需要的背景下應運而生的，它一問世，就獲得了異乎尋常的飛快發展，激光的發展不僅使古老的光學科學和光學技術獲得了新生，而且導致整個一門新興產業的出現。激光可使人們有效地利用前所未有的先進方法和手段，去獲得空前的效益和成果，從而促進了生產力的發展。

　　然而，像激光激光切割，激光焊接已經普遍運用的生活生產之中，而還有激光晶體，太赫茲之類的激光知識，我們卻很少接觸，本文筆者帶領大家一起了解一下那些我們不熟悉的激光技術。

　　激光晶體

　　激光晶體可將外界提供的能量通過光學諧振腔轉化為在空間和時間上相干的具有高度平行性和單色性激光的晶體材料。是晶體激光器的工作物質。激光晶體由發光中心和基質晶體兩部分組成。大部分激光晶體的發光中心由激活離子構成，激活離子部分取代基質晶體中的陽離子形成摻雜型激光晶體。激活離子成為基質晶體組分的一部分時，則構成自激活激光晶體。

　　激光晶體所用的激活離子主要為過渡族金屬離子和三價稀土離子。過渡族金屬離子的光學電子是處于外層的3d電子，在晶體中這種光學電子易受到周圍晶場的直接作用，所以在不同結構類型的晶體中，其光譜特性有很大差異。三價稀土離子的4f電子受到5s和5p外層電子的屏蔽作用，使晶場對其作用減弱，但晶場的微擾作用使本來禁戒的4f電子躍遷成為可能，產生窄帶的吸收和熒光譜線。所以三價稀土離子在不同晶體中的光譜不像過渡族金屬離子變化那么大。

　　激光晶體所用的基質晶體主要有氧化物和氟化物。作為基質晶體除要求其物理化學性能穩定，易生長出光學均勻性好的大尺寸晶體，且價格便宜，但要考慮它與激活離子間的適應性，如基質陽離子與激活離子的半徑、電負性和價態應盡可能接近。此外，還要考慮基質晶場對激活離子光譜的影響。對于某些具有特殊功能的基質晶體，摻入激活離子后能直接產生具有某種特性的激光，如在某些非線性晶體中，激活離子產生激光后通過基質晶體能直接轉換成諧波輸出。

　　使用較多的是：Nd:YAG,Nd:YVO4

　　太赫茲

　　THz波（太赫茲波）或稱為THz射線（太赫茲射線）是從上個世紀80年代中后期，才被正式命名的，在此以前科學家們將統稱為遠紅外射線。太赫茲波是指頻率在0.3THz到3THz范圍的電磁波，波長大概在0.1mm(100um)到1mm范圍，介于微波與紅外之間。實際上，早在一百年前，就有科學工作者涉及過這一波段。在1896年和1897年，Rubens和Nichols就涉及到這一波段，紅外光譜到達9um（0.009mm）和20um（0.02mm），之后又有到達50um的記載。之后的近百年時間，遠紅外技術取得了許多成果，并且已經產業化。但是涉及太赫茲波段的研究結果和數據非常少，主要是受到有效太赫茲產生源和靈敏探測器的限制，因此這一波段也被稱為THz間隙。隨著80年代一系列新技術、新材料的發展，特別是超快技術的發展，使得獲得寬帶穩定的脈沖THz源成為一種準常規技術，THz技術得以迅速發展，并在實際范圍內掀起一股THz研究熱潮。

　　太赫茲的獨特性能給通信（寬帶通信）、雷達、電子對抗、電磁武器、天文學、醫學成像（無標記的基因檢查、細胞水平的成像）、無損檢測、安全檢查（生化物的檢查）等領域帶來了深遠的影響。由于太赫茲的頻率很高，所以其空間分辨率也很高；又由于它的脈沖很短（皮秒量級）所以具有很高的時間分辨率。太赫茲成像技術和太赫茲波譜技術由此構成了太赫茲應用的兩個主要關鍵技術。同時，由于太赫茲能量很小，不會對物質產生破壞作用，所以與X射線相比更具有優勢。另外，由于生物大分子的振動和轉動頻率的共振頻率均在太赫茲波段，因此太赫茲在糧食選種，優良菌種的選擇等農業和食品加工行業有著良好的應用前景。太赫茲的應用仍然在不斷的開發研究當中，其廣袤的科學前景為世界所公認。

　　THz時域光譜技術：目前已經開始商業化運作，世界范圍內已經有多家企業開始生產商用THz時域光譜儀，主要是美國，歐洲和日本的廠家。THz時域光譜技術的基本原理是利用飛秒脈沖產生并探測時間分辨的THz電場，通過傅立葉變換獲得被測物品的光譜信息，由于大分子的振動和轉動能級大多在THz波段，而大分子，特別是生物和化學大分子是具有本身物性的物質集團，進而可以通過特征頻率對物質結構、物性進行分析和鑒定。一個比較重要的應用可以作為藥品質量監管。設想一下制藥廠的流水線上安裝一臺THz時域光譜儀，從藥廠出廠的每一片藥都進行光譜測量，并與標準的藥物進行光譜對比，合格的將進入下一個環節，否則在流水線上將劣質藥片清除掉，避免不同藥片或不同批次藥片的品質差異，保證藥品的品質。

　　THz成像技術：跟其他波段的成像技術一樣，THz成像技術也是利用THz射線照射被測物，通過物品的透射或反射獲得樣品的信息，進而成像。THz成像技術可以分為脈沖和連續兩種方式。前者具有THz時域光譜技術的特點。同時它可以對物質集團進行功能成像，獲得物質內部的折射率分布。例如葵花籽可以和容易獲得葵花子的內部信息。圖3-4給出了葵花籽樣品的實物照片和相應方法重構的THz透射圖像，能清晰地分辨果殼的輪廓和隱藏在果殼中果仁的形狀，這是最希望的。同樣，如果樣品是人的牙齒，那么牙齒的正常部分與損蛀部分將很容易的區分開，同時不必照射x射線，對人體沒有附加傷害。

　　安全檢查：利用安全檢查應該說是現階段最吸引人的THz技術，它的本質原理是THz成像，目前由于目前主要采用連續波THz源，而且又由于它要解決的是目前最受人關注的反恐、緝毒等最讓人關注的問題，所以單列出來。目前英國發展的THz安檢設備已經進入試用階段。由于THz射線的穿透性和對金屬材料的強反射特性，并且THz的高頻率使得成像的分辨率更高，所以可以很容易看到隱藏在衣物、鞋內的刀具、槍械等物品。同時如果結合THz的物質鑒別特性，能夠區分你身上是否攜帶炸藥或毒品。首都師范大學THz實驗室已經建立了常見的炸藥和毒品的數據譜庫，可以設想再過幾年，可以真正在機場見到真正的THz安檢的設備。另外，世界范圍內引起社會動蕩的自殺式炸彈恐怖襲擊，也可以利用THz安檢設備進行防范。因為站崗的可以不再是士兵或保安人員，而是THz安檢儀，人們不需要靠近可疑分子就可以對其進行檢查。

　　THz雷達：實際上也是成像的一種。鑒于大氣中水分對THz射線的強吸收作用，所以近距離雷達是THz射線的優勢所在。一個非常讓人向往的應用是穿墻雷達和探雷雷達，當然也可以用于抗震救災中遇難者的搜救，目前還處于研發階段。這是由于墻壁，木材等材料對THz透過，而人體包含大量水分，不透過THz，因此可以透過墻壁偵查到屋內的人員的分布和活動，將反恐怖反綁架起到深遠的影響，同理也可以用于廢墟下人體的尋找。而探雷雷達是由于地雷一般在地表或地表附近，而干燥的泥土可以透過THz射線，而地雷將會把THz射線反射回來，從而可以發現目標。

　　天文學:在宇宙中，大量的物質在發出THz電磁波。炭（C）、水（H2O）、一氧化碳（CO）、氮（N2）、氧（O2）等大量的分子可以在THz頻段進行探測。而這些物質在應用THz技術以前一部分根本無法探測而另一部分只能在海拔很高或者月球表面才可以探測到。

　　通信技術:THz用于通信可以獲得10GB/s的無線傳輸速度，特別是衛星通信，由于在外太空，近似真空的狀態下，不用考慮水分的影響，這比當前的超寬帶技術快幾百至一千多倍。這就使得THz通信可以以極高的帶寬進行高保密衛星通信。雖然由于缺乏高效的THz發射天線和源，使其還無法在通信領域商業化，但這必將由新型的發射裝置和發射源所解決。