一台输出“我”的激光器：人生到底该内卷还是躺平？

相信大部分人和我一样，第一次见到激光的时候都惊叹不已。这种光不同于任何自然光，它是如此的明亮、锐利、聚集，显然出身不一般。当你把激光笔的光打在另一只手的手心，好像可以感觉到一个个光子在掌心跳跃，仿佛它们有极大的能量，一不小心就要灼伤你的手掌。

图1 美丽的激光

虽然激光器现在随处可见，甚至人们对激光器的存在已习以为常，但我相信当您了解了激光的诞生后，一定会感叹人类的想象力竟是如此的惊人。然而我在这里更想讲的是，我们可以从激光的形成过程中得到启发，即遵循激光器的构建原则构建一台特殊的激光器，其输出就是“我”——一束世界上独一无二的明亮的光。

让我们先来了解激光器的工作原理，再来看看如何打造这束独特的激光吧！

图2 激光器的谐振腔类似两面平行的镜子

以上三要素，缺一不可。当我们精心构建了这三者之后，产生出来的光就具有了相干特性，体现在光束的频率、相位、方向等各方面物理参数都高度一致，如果发光的频率在可见光波段，也就是说符合人眼的探测范围，我们就能看到一束明亮、锐利、聚集的光。

读到这里，也许你会问，如果按照你设想的，激光器做出来了，那每一束激光会有什么不同吗？当然了，因为增益物质不同，谐振腔也不同。首先，激光器可以按照增益物质不同来分类，有气体激光器，半导体激光器，固体激光器等等。不同增益物质的激光器输出的激光波长大相径庭。比如利用氦氖气体做增益物质，激光器发红光（0.6328 μm）；利用二氧化碳做增益物质，发出的光波长在红外（10.6 μm），人眼看不见；而光纤通信系统常用的激光器的增益物质是半导体，其波长在近红外（0.85 μm,1.31 μm或者1.55 μm附近）。即使增益物质相同，谐振腔也控制了输出光的模式。模式可以类比手机模式，比如静音模式，振动模式，勿扰模式等等。激光器的模式一般指不同的频率，或者不同的空间光场分布，分别称为纵模和横模。一台激光器既可以是多纵模的，也可以是多横模的，或者二者兼而有之。由于多模的器件会出现模式竞争，带来诸多工程控制上的问题，所以在通常情况下，工程师们都不太喜欢多模的器件，并且相当多的研究工作是研究如何做出单模的激光器。单模激光器可以借助腔内选模元件来实现（虽然并不绝对）。另外，有一类重要的激光器本质上是多纵模激光器，但相邻纵模的间距相等且相位锁定，此时输出的激光不再是连续光，而是周期性的短脉冲，这类激光器叫锁模激光器。除此之外，通过对谐振腔进行操控，我们还可以进一步得到空间模式可切换或者频率可调谐的激光器。

图3 激光器的模式示意图：把激光腔想象为一个长方形的盒子，前后两个面作为谐振腔，纵向上的谐振会产生多个频率的激光（每一个频率的激光都称为一个纵模），谐振腔的横截面上会形成很多种不同的横模（每一种不同的光斑都称为一个横模）。每个模式只代表激光输出的一种可能性，最终输出的模式由谐振腔决定

“卷”的根源，是因为大家害怕自己被替代。然而，一篮子鸡蛋，每个都不可能完全一样，何况人和人之间的特质本身就千差万别。如果每个人都能发挥自己的特长，从自身或外界获取能量，得到增益，然后针对这个特长构建起谐振腔，这样就能利用并不断放大自己的优势，最后成为一个高手。因此任何人如果想套用别人的谐振腔，或者复制一份别人的激光，我想大概一定是以失败告终。然而这也是更妙的地方，假如人人都能做到构建属于自己的谐振腔， 那岂不是每个人都不可复制了，从而不再羡慕他人了吗？

徐竞，华中科技大学教授、博士生导师、光谷产业教授。主要从事光子集成芯片研究，尤其是非线性光子集成芯片及其在非线性光信号处理、光频梳、光计算中的应用。先后主持或参与多项国家重点研发计划、国家自然科学基金项目，在Physical Review Letters等物理与光电领域权威期刊发表论文60余篇，在光电领域知名国际会议发表后截稿论文，相关成果被经典英文教材引用，授权国家发明专利十余项。获全国百篇优秀博士学位论文提名、湖北省自然科学一等奖、湖北省梁亮胜科技奖励基金二等奖等荣誉。