（一）激光的产生
我们谈到“激光的产生”，其中有两个方面的意义：其一个方面是指激光的产生机理，因此也就能了解到激光与普通的光源光的区别有什么本质上的区别，这也是继光为什么有神气的特性的原因；另外一个方面是指诞生在世界上的第一束激光。
一、激光的亮度很高
激光的特性中最主要的一个是能够产生极高的亮度，或者可以说是有极高的发光强度。地球上任一种已知材料，不管它的熔点有多高，在较强的激光的照射下，不到1秒钟它就开始气化；而且任意一种的金属或者钻石，不管它的硬度有多大，激光都能把它轻而易举地打孔。但是激光为什么会具有如此高的发光强度呢？
这是因为一个普通的光源发光，从时间上来讲，一般都是持续不断地发射，例如一只灯泡，通电以后一直就在发光，一直到切断电源以后为止；从空间上来讲，它却是向四面八方传播的，因而一只灯泡可以照亮整个房间。这就是说，普通光源发出的光能量无论时间上还是空间上都弥散开去，所以难以产生极高的强度。
激光的发射则与此完全的不同，它的能量是在非常短的时间里爆发出来的，目前最短的能达到几个飞秒（1飞秒=10-15秒），这比我们通常用“一眨眼”来形容的时间短了不知要有多少倍！而且，其能量往往集中在一条极细的光束中，例如光束直径只有若干微米（1微米=10-6米），且几乎无发散地向前传播。此外，激光具有非常纯的颜色，在物理学中这被称为单色性，因此，也能通过各种适当的透镜变化把光束进一步的“压窄”。
二、自然界中的激光
上面介绍了各种的激光器，虽然这些器件是千差万别的，但是也有一点是共同的，那就是都是由人类制造的。那么，自然界中会不会产生激光呢？在1995年，美国国家航空和航天管理局奎普空间观察站的科学家们宣称，在太空中他们发现了一束“天然激光”。当空间站从科威特的哈瓦利返回美国加利福尼亚州的莫菲特菲尔德时，科学家们正在观察天鹅座星座中名为MWC349的一个新发现的高温发光星体的边际气体和尘埃圆盘，搜索波长在50到500微米之间的发射谱线。由国家航空和航天博物馆（NASM）的首席研究员斯特列尔尼茨基探测到这条辐射谱线。
依据报导可知，谱线的波长是169微米，它的强度也是同样的波长但是没有被放大自发辐射的六倍。发现的人也认为，这种来自自然界的激光的产生机制是：上述的星体辐射的强紫外线将星体周围的尘埃圆盘中高密度集合的氢原子泵浦到高能态，当红外辐射照射到这些受激的氢原子上时，它们便受激发射具有相同红外波长的强激光束。如果这种推测得到证实，它将是第一束被探测到的天然激光。
在这以后不久的一段时间，1996年2月出版的《光子学》杂志报导了美国明尼苏达州州立大学和瑞典隆德大学的研究人员发现太空中存在紫外激光，并且经过推断，激光是由η船底座星爆炸生成的物质团发出的，这个光的波长大约有251纳米。
η船底座星比太阳的亮度高400万倍，早在19世纪，天文物理学家们就曾观察到它正在经历一场大爆炸，这种爆炸持续了20年左右，随后释放出至少3个非常强的炽热气团，其中至少有一个可以辐射上述紫外激光。
据推测，激光看上去可能产生于气团中某种类铁原子，而这些原子必然有某种独特的结构，但在高速运动的气团中如何形成这种结构，迄今仍然是一个谜。
（二）激光与其社会应用
现在大家都说现代社会就是信息社会，意思也就是说，现代社会人们的生活和工作都离不开信息的存储、信息的传递、信息的获取与处理。其实，在古代，人们也都离不开信息。在蔡伦发明造纸术以前，人类就曾经用竹帛记录信息；在没有电报和电话，甚至也没有飞机、火车送信的时代，人们就开始用马奔跑送信的方式传递信息；而且我们平时耳闻目睹的则更是从古到今人人都离不开、每天都伴随我们的最简单、最朴素的获取信息的方式。
但是不一样的是，随着社会的发展和科学技术的进步，人类获取、传递和存储信息的手段越来越高明，而且信息在人们的生活和工作当中的作用也是越来越重要的。也有人预言，在将来人们学习不用上学校，办公不用去办公室，看书不用去图书馆，存取钱也不用去银行，购物不用去商场，发信不用去邮局，而所有的这一切都能坐在家里借助家庭电脑来完成。
一、“光音机”与光通信
在1876年的3月10日，亚历山大·格雷汉姆·贝尔用一条长长的铜导线轻声地呼唤在远离的他的助手：“瓦特森，请来一下，我有事找你。”于是，这句话便成了电话发明的标志。
4年后，贝尔又试验了一个新的装置，它用空气中传播的太阳光将声音从一处传往另一处。
在贝尔光音机的发射端，由人的声音产生的声波而引起光学反射镜的振动，被该反射镜反射的太阳光把这一个信息载运到了光音机的接收端，在那里的反射镜把这“振动”光束反射到一种对光敏感的材料硒片上，后者将这种振动转变为电脉冲并引起扬声器按相同方式振动，从而恢复出发射端人的声音。
前面还曾经提到，贝尔实验室的佳万和他的同事们在1960～1961年曾研究氦-氖激光器，后来发明了第一台气体激光器。但是，有趣的是在这期间还有一件“副产品”产生了！有几位研究人员注意到，声音能引起输出激光束的相应振动，当他们将耳机接到用于监控激光束的示波器上时，惊喜地发现听到他们自己的讲话声。
有一天，佳万去了纽约，他打长途电话给贝尔实验室的助手，他们将耳机贴近电话的话筒，并向着激光反射镜对佳万重复贝尔于1876年3月10日对其助手的那句历史性的话：“瓦特森，请来一下，我有事找你。”欣喜万分的佳万很快返回贝尔实验室。
但是贝尔光音机也存在一定的问题，那就是，在夜间以及雨雪、没有阳光的天气情况下不能使用，浓雾也会阻断振动光束使通信中断。因此，“光话”远不像电话那样遍及全球，为人们沟通思想、交流信息带来极大的方便。
但是贝尔本人却一直声称光音机体现了他最杰出的思想，并且他坚信，人类总是会有一天要借助光束在远距离上进行通信。贝尔之所以如此看好他那“闪光”的思想和当时还算不上有多么“灿烂”的“雏机”，就是因为光通信有着一系列包括电通信在内的其他任何通信方式所无法比拟的优点。
二、光通信与激光通信
我们在打电话时，经常会碰到“占线”的情况，就好像是在行车途中，如果前方的道路被其他的车辆所占据，任凭你有什么急事，也只有耐心的等待。
我们听收音机时，也碰到过“串台”的现象，这也就好像是马路上的汽车有时候会驶入慢车道，自行车闯进快车道一样。这些个情况都是因为通道太窄，或者是容量太小而造成的。
科学家们的研究表明，信息通道的容量与载波的频率成正比，或者说与载波的波长成反比。以往的无线电波通信可以分为长波、中波、短波和微波，它们的波长分别为几千米、几百米、几十米和几厘米。而光波的典型波长具有微米量级，即只有微波波长的10万分之一。这就是说，用光波作通信载波，其容量可达微波的10万倍，或中长波的10亿倍。试想一下，如果电话线路扩容10万倍，还会有占线现象发生吗？或者，如果目前的马路加宽10万倍，还会有堵车现象发生吗？当然不会。
很显然，将当前的马路加宽10万倍是不可思议的，而将通信线路增容10万倍甚至更多，不仅可以实现，而且在不少地方已经实现。这就是用光波通信代替普通电磁波通信。
以上讨论的增大通信线路容量的问题并非激光通信所特有的性能，而是光通信的特性。因为只要是光波，不管是激光还是普通光源发射的光，其频率都比无线电波高得多，或波长短得多。
然而，普通光源发出的光是不能用作通信载波的。因为通信载波不仅要求波长短，因而容量大，而且要求带宽窄，对光波来说就是要求单色性好。普通光波单色性很差，用来传送声音，声音会变得嘈杂不清；用来传送图像，图像会变成模糊一片。贝尔的“光话机”远不如他的电话机那样受人青睐，甚至很多人根本不知道贝尔还发明过“光话机”，原因正在于此。而真正能使电通信相形见绌的光通信，其载波只能是神奇奥妙的激光。
激光通信除了通信容量大以外，另一个重要优点就是通信的质量高，可以将声像信号高保真地从一处携带到另一处。
很多情况下希望通信内容保密，有时泄密会造成无法弥补的、乃至致命的损失。激光由于方向性好，发散度很小，稍一偏离其传播方向就接收不到信号，要想截获犹如大海捞针，因而具有很好的保密性能。
现代激光通信按照传输光的媒质不同而分为两大类：一类是光纤激光通信；另一类是太空激光通信。前者主要适用于大多数地面目标之间或海底通信，后者则适用于太空目标之间及地面与太空之间的通信。两种方式各有特点，下面分别加以介绍。
三、自由空间激光通信
激光通信的另一类方式就是自由空间通信。它免除铺设长光纤光缆之苦，因而更加方便、简单和廉价。特别是，当用光纤连接两个目标非常困难甚至不可能时，就更显出这种方式的优越性。
然而，“自由空间”对低空传输的光信号来说并不自由。首先，大气的各种散射与吸收效应使定向传输的激光能量迅速衰减；其次，大气湍流会引起光波波面畸变和光斑跳动；最后，建筑物或山丘则可能将通信线路完全阻断。由于这些原因，与低损耗优质光纤发明后迅速发展的光纤激光通信相比，自由空间激光通信的发展一度相对缓慢。
但是，随着越来越多的通信卫星在太空遨游，随着各种空间技术的发展，自由空间激光通信近几年也取得长足的进步。特别是在两定点之间，飞机与飞机之间，飞船与飞船之间，及上述目标组合通信中，更是可望发挥关键作用。
自由空间激光通信的一个潜在市场是建立近地球轨道星座式飞行器，如莫托罗拉的M-星之间的通讯网。网络操纵者既可以将信号从近地轨道卫星向下送往地面站，也可以发往外层空间的宇宙飞船。
据美国出版的《光子学》杂志1997年2月报导，在弹道导弹防御组织的经费支持下，美国加利福尼亚州的一家公司已经建造了两台高数据率激光通信发射机。能以1.2吉比特每秒的速率在150千米的距离上通信。该发射系统包括6只半导体激光器，其中2只波长为852纳米的器件提供跟踪与数据采集的信标信号，另外4只通信激光工作在810纳米波长。
此外，弹道导弹防御组织还出资发展卫星激光通信终端设备，计划装载在空间技术研究飞船2号上于1998年升空，用以演示1800公里上的卫星对地激光通信。
据1998年3月初外刊报导，美国最近提出与空间技术相关的6个重点研究领域，计划在今后5年内为其投入更多研究力量与经费。这些新技术中名列榜首的便是以激光为基础的高频宽带星际通信系统。据称，送到其他星球上的机器人利用这种系统就可以把高清晰度的图像传回地球。
除了这些大范围、远距离通信的“主战场”外，像激光通信这样神秘莫测的东西居然也可以做成双目望远镜一般“俗气”的家伙，拿在手上进行数公里范围的通信。更加神奇的是，这样一个小巧玲珑的装置中，还可以组装进另外两种激光设备，即激光目标定位仪和激光测距机！
四、保护文物，再现历史
世界上有很多大理石雕刻的人物像或其他石雕艺术品，其中有些属于相当珍贵的历史文物。而现代社会的空气污染则在无情地以惊人的速度摧残着这些古典艺术的杰作，似乎是现代“文明”在毁灭古代文明。
这种污染首先来自矿物燃料燃烧的产品，如二氧化硫等，这方面，煤仍为主要“肇事者”；而现代化都市最大的污染源之一则是与日俱增的汽车。据统计，从1950年至1990年，世界汽车拥有量猛增10倍，预计在今后的25年内至少还会翻一番。煤燃烧和汽车向大气排放的污染物在石雕艺术品上“安家落户”，形成一层黑色外壳，其厚度取决于暴露时间及环境条件，可以从几微米到几毫米。
大气中存在的臭氧、雨水和来自汽车的二氧化碳，起到湿度和温度较高的催化剂作用，使二氧化硫转变为硫酸。同样来自汽车排放物的氮的氧化物则在类似条件下转变为硝酸，这些酸溶解大理石雕和石灰石，将碳酸钙转变为更易于被雨水溶解的硫酸盐和氮的化合物。
黑色外壳和“酸雨”严重损坏石雕艺术品的外观，去除这种黑色包层的传统方法主要包括喷砂磨蚀和化学腐蚀。喷砂不易区分黑壳与石雕，且很难加以控制；化学清洁则残留下有害物质，腐蚀石雕，使其褪色并加速衰变。于是，人们一直在寻求能有效驱逐这种“不速之‘壳’”，而又不伤害内核的方法。
1971年，美国物理学家约翰·阿斯姆斯博士访问意大利威尼斯时，发现这座美丽城市的很多大理石艺术品上面沉积了一层污垢，便用激光对它们进行“清洗”，使这些艺术珍品面目焕然一新。
在此之后，阿斯姆斯又用激光清洁和修复了很多油画，包括14世纪意大利壁画，美国加利福尼亚州的装饰画以及其他建筑物或博物馆的一些名画。
我国是具有悠久历史的文明古国，收藏有众多的珍贵文物，其中不少由青铜制造，在空气中会逐渐腐蚀和氧化，形成铜锈。有效清洁和维护是一个重要课题。科技人员最近用二氧化碳激光进行了清除青铜锈的实验，取得较好效果。
当然，由于目前激光清洁的成本还比较高，因而主要用于清洁那些艺术价值较高的作品和用传统方法不易清洁的文物。
激光帮助“再现历史”的另一种方法是通过恢复历史人物肖像实现的。英格兰北部的约克城，一千多年以前还是一个小小村庄，前不久的一项复现计划展示了该村庄公元948年的生活，包括用激光和电脑使一位名叫依姆德的村庄首领“复活”。
在此之前，考古人员挖掘出依姆德的残骸，复制人员将依姆德的头盖骨安装在转台上，并用低功率激光进行扫描，被头盖骨反射的激光束由视频摄像机接收，与摄像机连接的计算机获得了关于头盖骨形状与大小的全部信息。
重构过程的下一步是用激光扫描一位与当时的依姆德具有相同年龄的人，计算机再次记录了所有数据。将上述两组数据相结合，在依姆德头盖骨周围铸出活人脸的模样。
