能否用光子通过海底光纤获取对方网络视频？用等离子体射线是否可能？

互联网 2024-07-16

最近最前沿的科学成果？

字数有限，内容无限啊，就捡几条吧，内容也有删减的。
新生哺乳动物心脏受损后能自愈【医学】
美国德州大学西南医学中心的研究人员在2月25日出版的《科学》杂志上报告说，老鼠实验表明，新生哺乳动物的心脏在受损后完全能够自我愈合，这一发现可为治疗人类心脏病提供新的思路。
实验中，研究人员将刚出生一周的小鼠15%的心脏切除，结果发现，在3周内，受损的心脏重新完好地长出来，其外观和功能与正常心脏无异。研究人员认为，仍在跳动的未受损的心脏细胞，也就是心肌细胞，是新生细胞的主要来源。这些心肌细胞会停止跳动一段时间并且分裂，从而为心脏提供新鲜的心肌细胞。
“心脏病是发达国家威胁人们健康的头号杀手，这是我们在寻找心脏病治疗方法的道路上迈出的重要一步。”该研究报告作者之一、内科医学助理教授希沙姆·萨迪克说，“我们发现，新生哺乳动物的心脏能够自我修复，它只是在发育老化的过程中忘记了这一技能。目前的挑战是要找到一种方法来帮助成年后的心脏回想起如何重新进行自我修复。”
此前的研究已经证明，一些能够重新长出鳍和尾巴的鱼类和两栖类动物等低等生物也可以部分再生其受损的心脏。“相比之下，成年哺乳动物的心脏缺乏这种重新长出失去的或者受损的组织的能力，其结果是，当心脏出现损伤时，比如心脏病发作后，心脏就会变得越来越虚弱，最终导致心脏衰竭。”萨迪克说。
报告的另一位作者、分子生物学家埃里克·奥尔森博士说，成年后的心脏在发生损伤时无法再生，这是心血管医学领域面临的一个主要障碍。而这项工作表明，在出生后的一段“窗口期“内，哺乳动物的心肌再生是有可能的，只是这种再生能力随后就失去了。有了这些认识，未来将可以通过药物、基因或者其他方法以唤醒成年老鼠乃至成人的心肌再生能力。
研究人员表示，他们下一步将趁心脏仍具备再生能力时对这个短暂的“窗口期”加以研究，并找出心脏是如何以及为什么会在生长发育的过程中“关闭”这一非凡能力的答案。（来源：科技日报陈丹）
兰州重离子冷却储存环成功加速83号元素铋【物理&化学】
文章来源：近代物理研究所发布时间：2011-02-25
2月25日，中科院近代物理研究所科技人员在兰州重离子研究装置（HIRFL）冷却储存环（CSR）主环上成功实现了83号元素铋离子（209Bi36+）束流的冷却累积并加速到每核子能量170MeV，铋离子是继C，Ar，Ni，Kr和Xe等之后，HIRFL-CSR新加速的最重的离子。重离子209Bi36+束流的成功加速，既验证了HIRFL-CSR的极重离子加速能力，也是我国重离子加速器技术进入世界先进行列的重要标志之一。
铋金属颗粒在超导ECR离子源SECRAL中被加热蒸发，并在等离子体中电离产生209Bi36+离子，引出形成束流。209Bi36+束流经HIRFL-SFC回旋加速器加速到每核子能量1.9MeV，在主环(HIRFL-CSRm)中经9秒累积到～2.5×107个离子，加速后能量达到每核子能量170MeV（单离子动能35.5GeV）。下图为HIRFL-CSR主环加速209Bi36+束流过程中离子电流监测器DCCT上的监测信号。
研究实现原子间单量子能量交换【物理】
据美国物理学家组织网2月23日报道，美国国家标准研究院物理学家首次在两个分隔的带电原子（离子）之间建立了直接运动耦合，实现了原子之间的单量子能量交换。这一技术简化了信息处理过程，可用于未来的量子计算机、模拟技术和量子网络中。相关研究发表在2月23日的《自然》杂志上。
研究人员解释说，他们让两个铍离子在电磁势阱中震荡进行能量交换，这一交换中是以最小能量单位——量子来进行的。这意味着离子被“耦合”在一起，表现出像宏观世界中如钟摆、音叉那样的“和谐震荡”，做重复的来回运动。
实验利用了一种单层离子势阱，并将其浸在液氦浴中冷却到零下269摄氏度。离子之间相隔40微米，漂浮在势阱表面。势阱表面装有微小电极，让两个离子靠得更近，以便产生更强的耦合作用。超低温度可以抑制热量，避免扰乱离子行为。研究人员在势阱上放了震荡脉冲来检测铍离子频率。
研究人员还用激光制冷减弱两个离子的运动，再用两束反向紫外激光束将一个离子进一步冷却到静止状态，调节势阱电极间的电压，就开启了耦合作用。经测量，离子的能量交换每155微妙仅有几个量子，而达到单个量子交换时频率更低，间隔为218微秒。从理论上讲，离子之间这种能量交换过程能一直持续，直到被热量打断。
“首先，一个离子轻微震动而另一个静止，然后震动传给了另一个离子，它们之间的能量运动是一个最小的能量单位。”论文第一作者、美国国家标准技术研究院博士后研究员坎顿·布朗说，“我们可以调节耦合作用，影响能量交换的速度和程度，还能控制耦合作用的开启或终止。”用电极电压来调整两个离子的频率，让它们离得更近，耦合作用就开始了。当两个离子频率最接近时，耦合作用最强。由于正电荷离子之间的静电作用，它们之间倾向于互相排斥。耦合使每个离子都具有了两个电子的特征频率。
在未来的量子计算机中，上述技术可用于解决量子系统的复杂问题，破解当今使用最广的数据加密编码。不同位置的离子直接耦合可以简化逻辑运算，有助于校正运算过程错误。该技术还可能用于量子模拟，以解释复杂量子系统如高温超导现象的原理机制。
研究人员还指出，类似的量子交换作用可以用来连接不同类型的量子系统，如离子和光子，在未来的量子网络中传递信息，如势阱中的离子可以在超导量子比特（昆比特）和光子比特之间作“量子转换器”。（来源：科技日报常丽君）
英特尔新型连接技术最大数据传输速率可达10Gb/s 【信息】
据英国广播公司（BBC）2月24日报道，美国芯片制造商英特尔公司推出了新型高速连接技术雷霆（Thunderbolt），其理论最大数据传输速率可达10Gb/s，该技术有望给用户带来高速数据传输和高清屏幕显示。
雷霆技术即2009年英特尔发布的光锋（Light Peak）技术。光锋技术是一种用于将计算机及其它设备连接在一起的接线，它不仅像USB连接那样可以传输文件，而且还可以传送视频和网络信号，这些数据的传输过程需要由Intel的一款功能芯片负责管理。雷霆技术则由一个英特尔控制芯片驱动，使用小型连接口。
然而，雷霆技术目前还无法达到其理论最大传输速率，因为英特尔公司现在采用的是铜线而不是光纤光缆。不过，英特尔表示，未来雷霆技术将使用光纤，届时该技术甚至有望达到100Gb/s的传输速率。
英特尔称，雷霆技术的设计目的是为了满足高清媒体创造者的需求。雷霆技术可提供更快的数据传输速度，不到30秒即可传输一部完整的高清电影；该技术也能同时传输多种信号类型，使显示器、外设等能共用一条光缆，以此减少用户将各种电脑设备连接在一起所需要的光缆数量；培育出开发和使用PC的新方式等。
英特尔全球副总裁邓慕理表示：“处理高清媒体内容是当前电脑用户最关注的任务之一，雷霆技术为专业人士和普通消费者提供了更快、更方便处理这些内容的新方式。”
福雷斯特公司的分析师莎拉·罗特曼·艾普斯表示，“雷霆技术并非消费者一直翘首以盼的创新技术，但它是消费者心仪的技术之一，尤其在传输视频方面，拥有独特的优势。”
雷霆技术的出现让消费者对USB3和火线接口（Firewire）等其他连接标准的未来提出了质疑。雷霆技术的数据传输速度为10Gb/s；Firewire400的速度是400Mb/s，Firewire800为800Mb/s；USB2为480Mb/s，USB3为3.2 Gb/s。
苹果公司将成为首个使用雷霆技术系统的电脑制造商，苹果将在其笔记本电脑上装配该系统。
激光压制观瞄系统【军事】
高能激光一直被视为21世纪最有前途的武器，并以其远射程和强大杀伤力得到各军事强国的追捧。中国的军用激光技术发端于上世纪60年代，目前已经取得一定的应用成果。今年9月出版的台湾《全球防卫杂志》为此特别撰文，介绍了大陆激光武器的装备和使用情况。
文章指出，得益于数十年经验的积累，中国大陆目前研发的激光武器约有七八种，其中又以配备舰艇及陆战兵器的战术性激光武器为多。这类“轻量级”激光武器的代表作，当属配备于99式主战坦克上的“激光压制观瞄系统”。
从外观来看，该系统由主控电脑、激光发射器、热成像仪和干扰机组成，通常安装在坦克炮塔左后方的旋转平台上，车长与炮长均可操作。据估测，该设备能够持续发射100兆焦左右功率的蓝绿激光，其威力足以烧伤2公里以外敌军士兵的视网膜，或直接给对方的光电设备造成毁伤。
激光武器研制
“激光压制观瞄系统”拥有被动和主动两种工作状态。当系统处于被动模式时，主要依靠告警设备感知敌军方位，并由干扰机射出一束较弱的激光以标定目标位置；经电脑确认之后，激光束的功率骤然增强从而对目标形成“硬杀伤”。如果开启主动模式，该系统则首先借助低能量脉冲对可疑区域实施扫描，一旦识别出对方观瞄仪器镜头所反射回的微光便自动开火将其摧毁。换言之，“搜寻并消灭”就是对其作战使命的最简单概括。
基于“激光压制观瞄系统”的致盲效用，某些人曾将其视作有违人道的兵器。对此，曾任美国陆军总参谋长的维克汉将军在接受国会质询时明确表示：“战争总会致人死伤，即使激光武器让敌军士兵瞎眼，这也总比要了他们的命强。”
事实上，美俄两国早就开发了功能类似的激光武器系统，但将其与主战坦克相结合却是中国的首创。文章根据大陆媒体的公开报道判断，“激光压制观瞄系统” 已相当成熟，技术上居于世界领先地位。不过，受制于激光本身的物理特性，这种武器在实战中仍会受到雨雾等不良气候的影响，若对手使用反射涂层、护目镜等对抗手段，它的杀伤力也会打些折扣。
德国科学家发明“思动车” 可仅凭意念开车【运输】
据英国媒体2月22日报道，德国科学家日前发明的一套无线装置能将普通汽车变成名副其实的“思动车”，驾驶员真的可以不动手脚、仅凭意念就“开”着汽车到处走。
这组系统由德国柏林自由大学的科学家研制。首先，要在普通汽车上配备摄像机、雷达和激光传感器，这些装置能够完整拍下汽车周遭的环境；其次，驾驶员要戴上装有16个感应器的特制头盔，主要用来捕捉大脑发出的信号。
一切准备就绪后，安装在汽车上的计算机就能解读这些来自大脑的信号，再将命令执行到汽车上。在第一次试验中，“思动车”已经能够按照驾驶员的意思，朝左开或是朝右开。在第二次试验中，“思动车”成功执行了加速和减速的命令。
不过科学家承认，“思动车”技术还远未发展成熟，想让其上路还需一段时日。
南非地下发现地球“最古老的水” 存在约20亿年【环境？】
由德国、加拿大等国科学家组成的研究小组日前宣布在南非地下约3000米的岩缝中发现了被测定已存在了约20亿年的地下水,这很可能是地球上目前已发现的最古老的水。
研究人员是在南非重要的金矿产区韦特瓦特斯兰德盆地进行钻探时发现上述地下水的。此外,研究人员还在南非岩缝水中发现了在完全与世隔绝的生态环境中仅靠吸收岩石解析到水中的无机矿物能量为生的微生物。德国科学家称它们很可能是地球上最古老的生命形式之一。
新型纳米粒子或可用于疫苗安全递送【纳米技术】
美国麻省理工学院（MIT）的工程师日前设计出一种新型纳米粒子，有望实现对诸如艾滋病、疟疾等疾病的疫苗进行安全有效的递送。研究结果公布在2月20日的《自然—材料学》（Nature Materials）上。
这种新型纳米粒子由一种可携带仿病毒合成蛋白的同轴脂肪球组成。文章通讯作者达雷尔·欧文（Darrell Irvine）称，该合成粒子可引发强烈的免疫反应，其效果可与活体病毒疫苗相媲美，但比活体病毒疫苗更安全。
在这项研究中，Irvine与同事尝试使用该纳米粒子对小鼠体内一种被称为卵清蛋白（ovalbumin）的蛋白质进行递送。他们发现低剂量疫苗产生的三种免疫作用引发了强烈的T细胞反应——小鼠体内达30%的杀手T细胞对疫苗中的蛋白产生特异性。Irvine表示，这种程度可算得上是由蛋白疫苗引发的T细胞反应中最强烈的一种了，完全可以比拟活体病毒疫苗的引发程度，而且，我们无需担心活体病毒带来的安全问题。重要的是，这种纳米粒子还能引发抗体反应。
目前，除了正在进行的小鼠体内疟疾疫苗递送研究，Irvine和同事还在研究开发针对癌症疫苗和艾滋病疫苗递送的纳米粒子。（科学网张笑/编译）
相关仪器：90Plus/ZetaPals型高分辨zeta电位及激光粒度分析仪 JEM2100型透射电镜流式细胞仪
完成人：达雷尔·欧文课题组
实验室：美国麻省理工学院材料科学与工程系、生物工程系、科赫综合癌症研究所霍华德·休斯医学研究所贝勒医学院国立大分子成像中心波士顿拉贡研究所
科学家或发现新乳腺癌致癌基因【医学】
有望藉此开发更有效的乳腺癌治疗手段
乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一，其发病常与遗传有关。最近，英国和加拿大的研究人员合作研究发现，一种名为ZNF703的基因过度活跃，会导致乳腺癌。研究人员称，这是科学家5年来发现的首个乳腺癌致癌基因，对于乳腺癌的治疗极具意义。相关研究成果发表在2月18日《欧洲分子生物学学会—分子医学》（EMBO Molecular Medicine）上。
由英国剑桥大学和加拿大不列颠哥伦比亚大学的研究人员组成的研究小组，使用微阵列芯片技术，同时对大量的细胞组织样本测试，通过乳腺癌肿瘤细胞与正常健康细胞中基因活性的对比，他们发现，一种名为ZNF703的基因在雌激素受体阳性乳腺癌肿瘤中极其活跃。通过分析，研究人员判定，ZNF703是一个新的雌激素受体阳性乳腺癌驱动基因。
研究人员认为，测试ZNF703基因活性，有助于判断癌症病人肿瘤发展情况，据此可设计针对性治疗方案。而这一发现如经更大规模的研究获得证实，将为开发出新的以ZNF703基因为标靶的癌症治疗手段铺平道路。
研究论文首席作者、英国剑桥大学的卡洛斯·卡尔达斯教授指出，通过测试这种基因的活跃程度，可使医生了解标准激素疗法，如使用它莫西芬（一种抗雌激素）或者芳香酶抑制剂是否有效，从而帮助医生确认符合病人病情的针对性药物。
英国癌症研究所的莱斯利·沃尔克博士则表示，ZNF703是5年来发现的首个乳腺癌致癌基因，对于开发新的乳腺癌治疗药物十分重要，希望能藉此开发出更有效的癌症治疗手段。（来源：科技日报刘海英）
自由电子激光器【军事】
美海军利用新型激光器在数秒内击落巡航导弹
2011年2月21日 10:34
据sify网2011年2月19日报道，美国海军创造激光武器的新世界纪录，其利用新型高精度天基激光器，在数秒的时间内击毁巡航导弹。
据福克斯新闻报道，在海军研究局的协调下，科学家持续向原型加速器注入500千伏液体，直到其达到320千伏的极限电压，从而创造了新的世界纪录。
自由电子激光器电子枪注入器系统主任表示，“这是一个创新的方法，以前世界上还没有用过这种方法。”
当被问及此次试验对海军的意义时，海军研究局项目经理表示，这更快了自由电子激光技术向更新、更强的方向发展。
“军方目前使用的多为晶体、玻璃固体激光器，以及利用有毒液体材料的化学激光器。而自由电子激光器不同于以上两种激光器，只需要注入器内部产生的电子。这个过程需要能量的不断循环。换言之，它比现役的舰载武器都更节能，不会降低舰船的航行速度。”他表示。
目前，自由电子激光器技术需要将加速器置于足球场大小地下仓库，在一个小型体育馆大小的空间里，还充满了各种管线、导体、电缆。
海军目前需要确定如何利用电子束转化成激光射线，以及如何小型化加速器，以装备于驱逐舰。
介绍一下自由电子激光器
自由电子激光器(Free Electron Laser，简称FEL)，顾名思义，是利用自由电子工作的激光器。即发出受激辐射的电子并不束缚在原子内，一般是以高能电子束的形式处于加速器中。它被公认为继同步加速辐射后的第四代光源。本文从同步加速辐射开始，着重介绍其原理，分析自由电子激光相比前几代同步加速辐射的继承和超越，并简要介绍我国在该领域的研究。
同步加速辐射
同步加速辐射是高能电子(或其他带电粒子)束流打入垂直方向的磁场，电子受Lorentz力偏转，沿轨迹的切线方向发出的辐射。省略复杂的物理学分析若干，可以求得单个电子的总辐射功率取决于两个参数：电子束能量和偏转磁场的强度。在现有的加速器水平上，其亮度可以较旋转阳极X射线管的峰值高出10个量级。
对其圆周运动的给定含时问题作Fourier的频域分析，可得其光谱特性。辐射的频谱分布是平滑连续的
除去以上所述的高通量、高亮度以及频谱宽广连续且可以计算的特点外，同步加速辐射还有如下特点：
高偏振性。在轨道平面内为线偏振，在其他平面内为椭圆偏振。一般X光光源没有此性质。
准直性好。辐射集中在轨道平面附近张角为很小的范围内。
脉冲时间结构。光脉冲长度为数十至数百皮秒，光脉冲间隔为纳秒至微秒量级，且非常固定。
超高真空洁净环境，保证了发出的光光谱的纯净性。
光源稳定。
如上述分析，将光从单个的二极磁场的转弯处引出，这就是第一代和第二代同步辐射光源的的结构特点。所不同的是，第一代光源只是寄生在高能加速器上，并非专用；而第二代光源则是专用机器。目前世界上在使用的第一代同步辐射光源约17台，而第二代同步辐射光源有23台之多。北京的正负电子对撞机上寄生的同步辐射光源(BSRF)属于第一代，而合肥的同步加速辐射装置(NSRL)属于第二代。
扭摆器和波荡器
第一二代同步辐射光源的都是平滑的连续谱。这虽然使其可以支持很大光谱范围内的实验，但是在一定意义上也限制了其辐射谱功率输出的极值。扭摆器(Wiggler)和波荡器(Undulator)等插入元件的引入，可以克服这一问题，使其在特定波长的辐射输出功率进一步提高。
扭摆器和波荡器实际上都是一组N极和S极周期相间的磁铁组成。它们安装在直线段真空盒的上下方。磁场沿z方向的分布呈正弦样式，而电子在上下相间的磁场里，也是作近似正弦曲线的扭摆运动。在每一小段圆周运动中，辐射仍然遵循上一节所述的规律。出光的方向均为z方向。
两者的区别是，扭摆器的磁场较大，但磁铁的周期数比较少。而波荡器的磁场较小，周期长度短，但是磁场的数目很多。
由于扭摆器的周期数不大，而周期又较长，因此从扭摆器产生的同步辐射特性基本上同从二极磁铁出来的辐射特性相同，仍然是光滑的连续谱。扭摆器的作用在于它能够局部的提供更大的磁场，所以辐射波长向短的方向移动，辐射功率也得到增强，同磁铁的周期数N_u成比例。
至于波荡器，它并不用来提高出射光子的特征能量，只是用来提高出射光子的数目。实际上，它应用了干涉原理：波荡器中得到干涉加强的光子，符合干涉加强条件，即要求电子相邻两个转弯的顶点位置，相差为光的波长的的整数倍。因为电子在波荡器中轴向前进速度非常接近光速，所以事实上电子和前向同步辐射的光子z方向上几乎同步运动。考虑到同步辐射的波列实际上有一定的长度，同一个电子在波荡器的不同磁场处发射的光实际上是可以互相干涉的。但是注意不同的电子发出的辐射因为初始相位不统一，故不能发生干涉；即光强正比于电子数N_c。
由于干涉加强只是对特定波长，所以插入波荡器后得到的基本上是单色光。同时，由于电子实际上在周期磁场中x方向振荡的幅度很小，所以其辐射角分布，在水平平面内也有进一步的集中。最重要的是，由于干涉效应，不同周期上产生的光部分相干地叠加在一起，结果使得同步辐射光的亮度成百上千倍的增加。
在设计专用的同步辐射光源上引入上述插入元件，就构成了第三代光源的基本特征，例如我国即将投入使用的上海光源(SSRF)。而随着插入元件的技术成熟，它也被广泛的应用于改进已有的同步辐射光源。例如合肥的同步辐射光源上就引入了扭摆器，将磁场提高到了扭摆器的6T，特征能量由0.517KeV提高到了2.585KeV，大大提高了性能。
自由电子激光
波荡器的引入，虽然应用干涉原理，极大的提高了亮度，但是辐射归根到底还是一种自发辐射。众所周知，受激辐射(就是我们通常所说的激光)相对于自发辐射来说有很多优点。问题是能否把受激辐射和同步加速辐射的原理结合起来。自由电子激光器正是这样一个成功的结合。
日本研究新方法使脑细胞再生不会半途而废【医学】
科学家发现1999年土耳其大地震前兆【地球】
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激光有什么用途？一小时后就要～～急～～谢

激光(laser)是指受激辐射产生的光放大，是一种高质量的光源。
激光的特点： 1.方向性好 2.单色性好 3.能量集中 4.相干性好
激光的生物组织效应：
1.光热效应 2.光化效应 3.电磁效应 4.压力效应
激光的生物组织作用： 1.高功率激光凝固、灼除、汽化 2.低功率激光照射
3.“光刀”精细分割
激光，是一种自然界原本不存在的，因受激而发出的具有方向性好、亮度高、单色性好和相干性好等特性的光。物理学家把产生激光的机理溯源到1917年爱因斯坦解释黑体辐射定律时提出的假说，即光的吸收和发射可经由受激吸收、受激辐射和自发辐射三种基本过程。众所周知，任何一种光源的发光都与其物质内部粒子的运动状态有关。当处于低能级上的粒子（原子、分子或离子）吸收了适当频率外来能量（光）被激发而跃迁到相应的高能级上（受激吸收）后，总是力图跃迁到较低的能级去，同时将多余的能量以光子形式释放出来。如果光是在没有外来光子作用下自发地释放出来的（自发辐射），此时被释放的光即为普通的光（如电灯、霓虹灯等），其特点是光的频率大小、方向和步调都很不一致。但如果是在外来光子直接作用下由高能级向低能级跃迁时将多余的能量以光子形式释放出来（受激辐射），被释放的光子则与外来的入射光子在频率、位相、传播方向等方面完全一致，这就意味着外来光得到了加强，我们称之为光放大。显然，如果通过受激吸收，使处于高能级的粒子数比处于低能级的越多（粒子数反转），这种光的放大现象就越明显，这时就有可能形成激光了。
激光之所以被誉为神奇的光，是因为它有普通光所完全不具备的四大特性。
1.方向性好 ——普通光源（太阳、白炽灯或荧光灯）向四面八方发光，而激光的发光方向可以限制在小于几个毫弧度立体角内（图8-9），这就使得在照射方向上的照度提高千万倍。激光准直、导向和测距就是利用方向性好这一特性。
2.亮度高 ——激光是当代最亮的光源，只有氢弹爆炸瞬间强烈的闪光才能与它相比拟。太阳光亮度大约是103瓦／（厘米2.球面度），而一台大功率激光器的输出光亮度经太阳光高出7～14个数量级。这样，尽管激光的总能量并不一定很大，但由于能量高度集中，很容易在某一微小点处产生高压和几万摄氏度甚至几百万摄氏度高温。激光打孔、切割、焊接和激光外科手术就是利用了这一特性。
3.单色性好 ——光是一种电磁波。光的颜色取决于它的波长。普通光源发出的光通常包含着各种波长，是各种颜色光的混合。太阳光包含红、登、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色的可见光及红外光、紫外光等不可见光。而某种激光的波长，只集中在十分窄的光谱波段或频率范围内。如氦氖激光的波长为632.8纳米，其波长变化范围不到万分之一纳米。由于激光的单色性好，为精密度仪器测量和激励某些化学反应等科学实验提供了极为有利的手段。
4.相干性好 ——干涉是波动现象的一种属性。基于激光具有高方向性和高单色性的特性，它必然相干性极好。激光的这一特性使全息照相成为现实。 ——所谓激光技术，就是探索开发各种产生激光的方法以及探索应用激光的这些特性为人类造福的技术的总称。自1960年美国研制成功世界上第一台红宝石激光器，我国也于1961年研制成功国产首台红宝石激光器以来，激光技术被认为是20世纪继量子物理学、无线电技术、原子能技术、半导体技术、电子计算机技术之后的又一重大科学技术新成就。30多年来，激光技术得到突飞猛进的发展，不仅研制了各个特色的多种多样的激光器，而且激光应用领域不断拓展，并形成了激光唱盘唱机、激光医疗、激光加工、激光全息照相、激光照排印刷、激光打印以及激光武器等一系列新兴产业。激光技术的飞速发展，使其成为当今新技术革命的“带头技术”之一。

半导体在生活中的应用

试想过你的生活缺少了数字是什么概念吗？那将是一个混乱的世界，无论是你的手机号码、你的身份证号码、还是你家的门牌号，这些全部都是用数字表达的！电子游戏、电子邮件、数码音乐、数码照片、多媒体光盘、网络会议、远程教学、网上购物、电子银行和电子货币……几乎一切的东西都可以用0和1来表示。电脑和互联网的出现让人们有了更大的想象和施展的空间，我们的生活就在这简单的“0”“1”之间变得丰富起来、灵活起来、愉悦起来，音像制品、手机、摄像机、数码相机、MP3、袖珍播放机、DVD播放机、PDA、多媒体、多功能游戏机、ISDN等新潮电子产品逐渐被人们所认识和接受，数字化被我们随身携带着，从而拥有了更加多变的视听新感受，音乐和感觉在数字化生活中静静流淌……
数字生活已成为信息化时代的特征，它改变着人类生活的方方面面，在此背后，隐藏着新材料的巨大功勋，新材料是数字生活的“幕后英雄”。
计算机是数字生活中的重要设备，计算机的核心部件是中央处理器（CPU）和存储器（RAM），它们是以大规模集成电路为基础建造起来的，而这些集成电路都是由半导体材料做成的，Si片是第一代半导体材料，集成电路中采用的Si片必须要有大的直径、高的晶体完整性、高的几何精度和高的洁净度。为了使集成电路具有高效率、低能耗、高速度的性能，相继发展了GaAs、InP等第二代半导体单晶材料。SiC、GaN、ZnSe、金刚石等第三代宽禁带半导体材料、SiGe/Si、SOI（Silicon On Insulator）等新型硅基材料、超晶格量子阱材料可制作高温（300~500°C）、高频、高功率、抗辐射以及蓝绿光、紫外光的发光器件和探测器件，从而大幅度地提高原有硅集成电路的性能，是未来半导体材料的重要发展方向。
人机交换，常常需要将各种形式的信息，如文字、数据、图形、图像和活动图像显示出来。静止信息的显示手段最常用的如打印机、复印机、传真机和扫描仪等，一般称为信息的输出和输入设备。为提高分辨率以及输入和输出的速度，需要发展高灵敏度和稳定的感光材料，例如激光打印机和复印机上的感光鼓材料，目前使用的是无机的硒合金和有机的酞菁染料。显示活动图像信息的主要部件是阴极射线管（CRT），广泛地应用在计算机终端显示器和平面电视上，CRT目前采用的电致发光材料，大都使用稀土掺杂（Tb3+、Sn3+、Eu3+等）和过渡元素掺杂（Mn2+）的硫化物（ZnS、CdS等）和氧化物（Y2O3、YAlO3）等无机材料。
为了减小CRT庞大的体积，信息显示的趋势是高分辨率、大显示容量、平板化、薄型化和大型化，为此主要采用了液晶显示技术（LCD）、场致发射显示技术（FED）、等离子体显示技术（PDP）和发光二极管显示技术（LED）等平板显示技术，广泛应用在高清晰度电视（HDTV）、电视电话、计算机（台式或可移动式）显示器、汽车用及个人数字化终端显示等应用目标上，CRT不再是一支独秀，而是形成与各种平板显示器百花争艳的局面。
在液晶显示技术中采用的液晶材料早已在手表、计算器、笔记本电脑、摄像机中得到应用，液晶材料较早使用的是苯基环己烷类、环己基环己烷类、吡啶类等向列相和手征相材料，后来发展了铁电型（FE）液晶，响应时间在微秒级，但铁电液晶的稳定性差，只能用分支法（side-chain）来改进。目前趋向开发反铁电液晶，因为它们的稳定性较高。
液晶显示材料在大屏幕显示中有一定的困难，目前作为大屏幕显示的主要候选对象为等离子体显示器（PDP）和发光二极管（LED）。PDP所用的荧光粉为掺稀土的钡铝氧化物。用类金刚石材料作冷阴极和稀土离子掺杂的氧化物作发光材料，推动场发射显示（FED）的发展。制作高亮度发光二极管的半导体材料主要为发红、橙、黄色的GaAs基和GaP基外延材料、发蓝光的GaN基和ZnSe基外延材料等。
由于因特网和多媒体技术的迅速发展，人类要处理、传输和存储超高信息容量达太（兆兆）数字位（Tb，1012bits），超高速信息流每秒达太位（Tb/s），可以说人类已经进入了太位信息时代。现代的信息存储方式多种多样，以计算机系统存储为例，存储方式分为随机内存储、在线外存储、离线外存储和脱机存储。随机内存储器要求集成度高、数据存取速度快，因此一直以大规模集成的微电子技术为基础的半导体动态随机存储器（DRAM）为主，256兆位的随机动态存储器的晶体管超过2亿个。外存储大都采用磁记录方式，磁存储介质的主要形式为磁带、磁泡、软磁盘和硬磁盘。磁存储密度的提高主要依赖于磁介质材料的改进，相继采用了磁性氧化物（如g-Fe2O3、CrO2、金属磁粉等）、铁氧体系、超细磁性氧化物粉末、化学电镀钴镍合金或真空溅射蒸镀Co基合金连续磁性薄膜介质等材料，磁存储的信息存储量从而有了很大的提高。固体（闪）存储器（flash memory）是不挥发可擦写的存储器，是基于半导体二极管的集成电路，比较紧凑和坚固，可以在内存与外存间插入使用。记录磁头铁芯材料一般用饱和磁感大的软磁材料，如80Ni-20Fe、Co-Zr-Nb、Fe-Ta-C、45Ni-55Fe、Fe-Ni-N、Fe-Si、Fe-Si-Ni、67Co-10Ni-23Fe等。近年来发展起来的巨磁阻（GMR）材料，在一定的磁场下电阻急剧减小，一般减小幅度比通常磁性金属与合金的磁电阻数值约高10余倍。GMR一般由自由层/导电层/钉扎层/反强磁性层构成，其中自由层可为Ni-Fe、Ni-Fe/Co、Co-Fe等强磁体材料，在其两端安置有Co-Cr-Pt等永磁体薄膜，导电层为数nm的铜薄膜，钉扎层为数nm的软磁Co合金，磁化固定层用5～40nm的Ni-O、Ni-Mn、Mn-In、Fe-Cr-Pt、Cr-Mn-Pt、Fe-Mn等反强磁体，并加Ru/Co层的积层自由结构。采用GMR效应的读出磁头，将磁盘记录密度一下子提高了近二十倍，因此巨磁阻效应的研究对发展磁存储有着非常重要的意义。
声视领域内激光唱片和激光唱机的兴起，得益于光存储技术的巨大发展，光盘存贮是通过调制激光束以光点的形式把信息编码记录在光学圆盘镀膜介质中。与磁存储技术相比，光盘存储技术具有存储容量大、存储寿命长；非接触式读/写和擦，光头不会磨损或划伤盘面，因此光盘系统可靠，可以自由更换；经多次读写载噪比（CNR）不降低。光盘存储技术经过CD（Compact Disk）、DVD（Digital Versatile Disk）发展到将来的高密度DVD（HD-DVD）、超高密度DVD（SHD-DVD）过程中，存储介质材料是关键，一次写入的光盘材料以烧蚀型（Tc合金薄膜，Se-Tc非晶薄膜等）和相变型（Te-Ge-Sb非晶薄膜、AgInTeSb系薄膜、掺杂的ZnO薄膜、推拉型偶氮染料、亚酞菁染料）为主，可擦重写光盘材料以磁光型（GdCo、TeFe非晶薄膜、BiMnSiAl薄膜、稀土掺杂的石榴石系YIG、Co-Pt多层薄膜）为主。光盘存储的密度取决于激光管的波长，DVD盘使用的InGaAlP红色激光管（波长650nm）时，直径12cm的盘每面存储为4.7千兆字节（GB），而使用ZnSe（波长515nm）可达12GB，将来采用GaN激光管（波长410nm），存储密度可达18GB。要读写光盘里的信息，必须采用高功率半导体激光器，所用的激光二极管采用化合物半导体GaAs、GaN等材料。
激光器除了在光盘存储应用之外，在光通信中的作用也是众所周知的。由于有了低阈值、低功耗、长寿命及快响应的半导体激光器，使光纤通信成为现实。光通讯就是由电信号通过半导体激光器变为光信号，而后通过光导纤维作长距离传输，最后再由光信号变为电信号为人接收。光纤所传输的光信号是由激光器发出的，常用的为半导体激光器，所用材料为GaAs、GaAlAs、GaInAsP、InGaAlP、GaSb等。在接受端所用的光探测器也为半导体材料。缺少光导纤维，光通信也只能是“纸上谈兵”。低损耗的光学纤维是光纤通信的关键材料，目前所用的光学纤维传感材料主要有低损耗石英玻璃、氟化物玻璃和Ga2S3为基础的硫化物玻璃和塑料光纤等，1公斤石英为主的光纤可代替成吨的铜铝电缆。光纤通信的出现是信息传输的一场革命，信息容量大、重量轻、占用空间小、抗电磁干扰、串话少、保密性强，是光纤通信的优点。光纤通信的高速发展为现代信息高速公路的建设和开通起到了至关重要的作用。
除了有线传播外，信息的传播还采用无线的方式。在无线传播中最引人注目的发展是移动电话。移动电话的用户愈多，所使用的频率愈高，现在正向千兆周的频率过渡，电话机的微波发射与接收亦是靠半导体晶体管来实现，其中部分Si晶体管正在被GaAs晶体管所取代。在手机中广泛采用的高频声表面波SAW（Surface Acoustic Wave）及体声波BAW（Bulk Surface Acoustic Wave）器件中的压电材料为a-SiO2、LiNbO3、LiTaO3、Li2B4O7、KNbO3、La3Ga5SiO14等压电晶体及ZnO/Al2O3和SiO2/ZnO/DLC/Si等高声速薄膜材料,采用的微波介质陶瓷材料则集中在BaO-TiO2体系、BaO-Ln2O3-TiO2（Ln=La,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd）体系、复合钙钛矿A（B1/3B￠2/3）O3体系（A=Ba,Sr；B=Mg,Zn,Co,Ni,Mn；B￠=Nb,Ta）和铅基复合钙钛矿体系等材料上。
随着智能化仪器仪表对高精度热敏器件需求的日益扩大，以及手持电话、掌上电脑PDA、笔记本电脑和其它便携式信息及通信设备的迅速普及，进一步带动了温度传感器和热敏电阻的大量需求，负温度系数（NTC）热敏电阻是由Co、Mn、Ni、Cu、Fe、Al等金属氧化物混合烧结而成，其阻值随温度的升高呈指数型下降，阻值-温度系数一般在百分之几，这一卓越的灵敏度使其能够探测极小的温度变化。正温度系数（PTC）热敏电阻一般都是由BaTiO3材料添加少量的稀土元素经高温烧结的敏感陶瓷制成的，这种材料在温度上升到居里温度点时，其阻值会以指数形式陡然增加，通常阻值-温度变化率在20~40%之间。前者大量使用在镍镉、镍氢及锂电池的快速充电、液晶显示器（LCD）图像对比度调节、蜂窝式电话和移动通信系统中大量采用使用的温度补偿型晶体振荡器等中，来进行温度补偿，以保证器件性能稳定；此外还在计算机中的微电机、照相机镜头聚焦电机、打印机的打印头、软盘的伺服控制器和袖珍播放机的驱动器等中，发现它的身影。后者可以用于过流保护、发热器、彩电和监视器的消磁、袖珍压缩机电机的启动延迟、防止笔记本电脑常效应管（FET）的热击穿等。
为了保证信息运行的通畅，还有许多材料在默默地作着贡献，例如，用于制作绿色电池的材料有：镍氢电池的正、负极材料用MH合金和Ni(OH)2材料、锂离子电池的正、负极用LiCoO2、LiMn2O4和MCMB碳材料等电极材料；移动电话、PC机以及诸如数码相机、MD播放机/录音机、DVD设备和游戏机等数字音/视频设备等中钽电容器所用材料；现代永磁材料Fe14Nd2B在制造永磁电极、磁性轴承、耳机及微波装置等方面有十分重要的用途；印刷电路板（PCB）及超薄高、低介电损耗的新型覆铜板（CCL）用材料；环氧模塑料、氧化铝和氮化铝陶瓷是半导体和集成电路芯片的封装材料；集成电路用关键结构与工艺辅助材料（高纯试剂、特种气体、塑封料、引线框架材料等），不一而足，这些在浩瀚的材料世界里星光灿烂的新材料，正在数字生活里发挥着不可或缺的作用。
随着科技的发展，大规模集成电路将迎来深亚微米（0.1mm）硅微电子技术时代，小于0.1mm的线条就属于纳米范畴，它的线宽就已与电子的德布罗意数相近，电子在器件内部的输运散射也将呈现量子化特性，因而器件的设计将面临一系列来自器件工作原理和工艺技术的棘手问题，导致常说的硅微电子技术的“极限”。由于光子的速度比电子速度快得多，光的频率比无线电的频率高得多，为提高传输速度和载波密度，信息的载体由电子到光子是必然趋势。目前已经发展了许多种激光晶体和光电子材料，如Nd:YAG、Nd:YLF、Ho:YAG、Er:YAG、Ho:Cr:Tm:YAG、Er:YAG、Ho:Cr:Tm:YLF、Ti:Al2O3、YVO4、Nd:YVO4、Ti:Al2O3、KDP、KTP、BBO、BGO、LBO、LiNbO3、K(Ta,Nb)O3、Fe:KnBO3、BaTiO3、LAP等，所有这些材料将为以光通信、光存储、光电显示为主的光电子技术产业作出贡献。随着信息材料由电子材料、微电子材料、光电子材料向光子材料发展，将会出现单电子存储器、纳米芯片、量子计算机、全光数字计算机、超导电脑、化学电脑、生物电脑和神经电脑等纳米电脑，将会极大地影响着人类的数字生活。
本世纪以来，以数字化通信（Digital Communication）、数字化交换（Digital Switching）、数字化处理（Digital Processing）技术为主的数字化生活（Digital Life）正在向我们招手，一步步地向我们走来——清晨，MP3音箱播放出悦耳的晨曲，催我们按时起床；上班途中，打开随身携带的笔记本电脑，进行新一天的工作安排；上班以后，通过互联网召开网络会议、开展远程教学和实时办公；在下班之前，我们远程启动家里的空调和湿度调节器，保证家中室温适宜；下班途中，打开手机，悠然自在观看精彩的影视节目；进家门前，我们接收网上订购的货物；回到家中，和有线电视台进行互动，观看和下载喜欢的影视节目和歌曲，制作多媒体，也可进入社区互联网，上网浏览新闻了解天气……这一切看上去是不是很奇妙？似乎遥不可及。其实它正在和将要发生在我们身边，随着新一代家用电脑和互联网的出现，如此美好数字生活将成为现实。当享受数字生活的同时，饮水思源，请不要忘记为此作出巨大贡献的功臣——绚丽多彩的新材料世界！