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激光与化学
激光与化学


    随着科学技术的发展,普通的化学方程式已远远不能满足工程的需要。例如在合成一些药品时,需要仔细了解左旋或右旋的镜像分子,传统的观察和控制手段,往往是徒劳无功的,所以必须借助激光才能完成。

    1917年,爱因斯坦在研究光的辐射的过程中,提出了“受激辐射”的概念,奠定了激光的理论基础。1958年激光被发现。1960年美国制成了世界上第一台激光器,它用红宝石晶体做发光材料,用发光强度很高的脉冲氙灯做激发光源,在这种受激辐射作用下产生了一种超强光束就是激光。它作为一种新型光源,具有四大特点:第一,方向性好;第二,单色性好;第三,能量集中;第四,相干性好。

    传统的化学过程,一般是把反应物混合一起,然后往往需要加热(或者还要加压)。加热的缺点,在于分子因增加能量而产生不规则运动,这种运动破坏原有的化学键,结合成新的键,而这些不规则运动破坏或产生的键,会阻碍预期的化学反应的进行。化学家设想,如果用激光来“指挥”化学反应,不仅能克服上述不规则运动,而且还能获得更大的好处。这是因为激光携带着高度集中而均匀的能量,可精确地打在分子的键上。

    目前,设想已经变成了现实。美国伊利诺斯大学的专家戈登等人,利用不同波长的紫外激光,打在硫化氢等分子上,改变两激光束的相位差,控制了该分子的断裂过程。美国加利福尼亚大学的威尔逊则利用改变激光脉冲波形的方法,十分精确和有效地把能量打在分子身上,触发了某种预期的反应。

    利用激光可作如下两种工具:一是作“激光手术刀”,利用这把“刀”,在化学上可有选择地切断化学键,控制化学反应。二是作“激光镊子”。激光束中心电场强度最大,能吸引不带电的轻小物体。因此,一旦微小物体落入激光束中,就会被推向激光束的最亮点,并被吸引,可被控制和移动这就成了一把微小的,可被准确控制的“镊子”。在化学上利用这把“镊子”可进行原子重组,对同位素原子进行选择性地激发并分离。

    激光化学的应用非常广泛。制药工业是第一个得益的领域。应用激光化学技术,不仅能加速药物的合成,还可把不需要的副产品放在一旁,使得某些药物变得更安全可靠,价格也可降低一些。又如,利用激光控制半导体,就可改进新的光学开关,从而改进电脑和通讯系统。

    激光化学虽然尚处于起步阶段,但它已经创造了许多奇迹,展望未来,其前景十分光明。