激光製造技術初期 本用作量度時間
大家有到過維港傍欣賞「幻彩詠香江」嗎？這個節目融合了音樂、探射燈、激光等等元素，為觀眾帶來一次賞心悅目的回憶。激光這種技術自上世紀中後期被開發以來，在許多不同方面被廣泛使用；普羅大眾可能早已在演唱會之中體驗過激光，對它已是見怪不怪了。那麼激光究竟又是什麼？我們又是應用怎麼樣的原理去製造激光的？
激光的正式英文名稱是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，因此被簡稱為LASER，而LASER的讀音就被翻譯成激光的另一個有名的稱呼：雷射。
要解釋激光的原理，要回憶起前陣子跟大家介紹過的原子結構︰一枚原子像洋葱一般，原子核被電子一層一層地圍繞着。每一個這樣的殼層其實代表着電子的能量：距離原子核愈遠的殼層，在其上的電子就愈有能量。當位於較遠殼層之上、擁有較高能量的電子降落到較低的殼層，相差的能量就會以電磁波的形式被釋放出來。
運用這個原理去製造電磁波，其實威力強大：電磁波的頻率與它的能量成正比，而殼層之間的能量差異是固定的。因此每當電子從一個特定的殼層下降到另一個指定的「樓層」，就一定只會放出某一種頻率的電磁波；如果我們準備了很多這樣的電子，再激使它們一起釋放能量，就能產生威力強大而集中的電磁波了。這就是製造激光背後的原理。
當第一束電磁波接觸到這樣的電子的時候，就激發它釋放另一束頻率一樣的電磁波；這兩束電磁波其後繼續激發另外兩束電磁波；就這樣的一變二、二變四、四變八，餘此類推，很多頻率相同的電磁波就被集中地發射出來了。
來回奔走激發更多激光
電磁波包括了很多不同名稱的「波」，例如檢查身體用的X光及通訊用的無線電波也是電磁波。倘若用以上方法產生的電磁波，正好是我們肉眼所能看到的可見光，就是「激光」了。
許多製造激光的裝置會將所有物料放於兩面鏡子之間：隨着開始時少量的激光光束在兩面鏡子之間來回奔走，它們就會不斷地激發其他電子釋放相同的激光，以供我們使用。
大家可能並沒有為意，在這種激光製造技術開發的初期，其實並不是運用可見光的：當時是利用我們現在加熱食物常用的微波。用這種技術產生出來的、很集中的微波，稱為Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation，簡稱MASER，因此被音譯為「邁射」。
作為雷射的「前身」，邁射並不過時：負責管理國際單位制（SI）的國際度量衡局（International Bureau of Weights and Measures），明確認同一種運用氫氣產生的邁射，在相對短的時間內比銫原子鐘（caesium atomic clock）更加穩定，因此倘若需要準確量度的時間比一天短，這種氫氣邁射就會是很可靠的標準。
小 結
「邁射」和「雷射」在上世紀中後期被開發，時至今日，在科技及日常生活的範疇都有大量的應用：大家可能很容易就能指出幾個日常中用到激光的地方。這再一次告訴我們，善用科技的發展可以幫助我們改善大眾的生活。 ■張文彥博士
作者簡介：香港大學土木及結構工程學士。短暫任職見習土木工程師後，決定追隨對科學的興趣，在加拿大多倫多大學取得理學士及哲學博士學位，修讀理論粒子物理。現任香港大學理學院講師，教授基礎科學及通識課程，不時參與科學普及與知識交流活動。
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