激光

激光（LASER）的英文名是“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”的缩写，意为“通过受激辐射产生的光放大”，指电子辐射跃迁而形成的高强度相干光。

科学家阿尔伯特-爱因斯坦（Albert Einstein）在1905年发展了普朗克的思想，提出了光子假设，即将光束描述为一群离散的量子，1917年，爱因斯坦在 "Zur Quantentheorie der Strahlung"（"关于辐射的量子理论"）一文中，通过对普朗克的辐射定律的重新演绎，提出了自发吸收、自发辐射和受激辐射的概念，为激光奠定了理论基础。1928年，德国物理学家鲁道夫·拉登堡（Rudolf W. Ladenburg）证实了受激辐射的存在，提出了负吸收的概念。1939年，前苏联物理学家法布里坎特（Valentin A. Fabrikant）预测了短波的受激辐射放大。1947年，美国科学家兰姆（Willis E. Lamb）和英国物理学家卢瑟福（R.C. Retherford）在氢原子光谱中发现了明显的受激辐射现象，首次验证了受激辐射。1950年，法国物理学家阿尔弗雷德·卡斯特勒（Alfred Kastler）（1966年诺贝尔物理学奖得主）提出了光学泵浦的方法，两年后由Brossel、Kastler和Winter通过实验证明了这一点。1950年初，电子学、微波技术的应用迫切需要强相干光源，才促使人们开始向激光进军。1951年，美国科学家汤斯（Charles H. Townes）提出了微波激射器（Maser）的概念，这是现代激光器的前身。1954 年，汤斯和苏联学者普罗霍罗夫（Aleksandr M. Prokhorov）、巴索夫（Nicolay G. Basov）创造性地继承和发展爱因斯坦的理论，提出了利用原子、分子的受激辐射来放大电磁波，制成了第一台氨分子微波激射器，这是一种以新的放大作用为基础的装置，其功能和潜能与以前相比都有着较大区别。这种新型微波激射器摒弃了传统上利用电磁场与自由电子的交互作用而实现电磁波的放大和振荡的概念，开创了一条新的途径，即通过原子（分子，离子）中存在的束缚电子与电磁场之间的相互作用来放大电磁波，这为以后激光器的诞生奠定了基础。1956年，布隆伯根（Nicolaas Bloembergen）提出了一种新概念，即用光泵浦三能级原子体系来实现粒子逆向分布。1957年，戈登·布兰克（Gordon Gould）从理论上指出可以用光激发原子。1958年，汤斯和美国科学家肖落（Arthur L. Schawlow）第一次对光学频率产生激光作用的条件进行了描述，并在此基础上，提出了采用比波长更宽的开放式光谐振腔实现激光器的新思想。同年，普罗霍洛夫和巴索夫从微波激射器和激光理论出发，研制了振荡器和放大器。1960年5月15日，美国加利福尼亚州休斯实验室的科学家梅曼宣布获得了波长为694.3微米的激光，这是人类有史以来获得的第一束激光，1960年7月7日，《纽约时报》首先披露梅曼成功制成了世界上第一台红宝石激光器，梅曼的方案是利用一个高强闪光灯管来激发红宝石。1960年，伊朗物理学家阿里·贾文（Ali Javan）和小威廉·拉尔夫·贝内特（William R. Bennett Jr.）以及唐纳德·赫里奥特（Donald R. Herriott）使用氦和氖[nǎi]制造了第一台气体连续激光器（632.8nm）。在梅曼宣布世界上第一台激光器诞生后不久，苏联科学家尼古拉·巴索夫（Николай Геннадиевич Басов）于1960 年发明了半导体激光器。1965 年，第一台可产生大功率激光的二氧化碳激光器诞生。1967 年，第一台X射线激光器研制成功，几十年间，人们成功制造了输出各种不同波长的激光器。激光及其相关技术的高速发展，使激光在光学、原子能、天文、地理、海洋、军事等领域有着广泛应用。

激光的产生与光源内部原子的结构和运动状态密切相关。根据玻尔理论，原子存在某些定态，在这些定态时不发出也不吸收电磁辐射，原子定态能量只能采取某些分立值E1、E2等，这些定态能量的值称为能级。电子通过能级跃迁可以改变其轨道，离原子核较远的轨道具有较高的能级。当电子从离原子核较远的轨道（高能级）跃迁到离原子核较近的轨道（低能级）上时将会发射出光子。反之，吸收光子，可使电子自较低能级轨道跃迁到较高能级的轨道，这个过程称为光的辐射与吸收。

当原子在初始状态时，没有外部因素影响的情况下，就会维持原来的状态。在受到外界能量的激励后，低能级的原子会通过吸收外界的能量，由低能级跃迁到高能级。因为吸收过程是通过外界的光子激励而触发的，所以称为受激吸收（Stimulated absorption）。

受激吸收

受激吸收的特征是受到外界光子或其它能量的激励。这个外来能量必须满足 hv = E_N-E₀（N=1,2,3....），其中E₀为粒子吸收外界能量前所处的能级，E_N为吸收后所处的能级。因此该过程在吸收时，只有入射光子能量与能级能量差相等时才能被吸收。

粒子在高能级层面上不稳定，如果存在一个更低的能量层可以容纳这些粒子，它们则会自发地进行从高能量到低能量的转变，这被称为跃迁。跃迁过程中会释放出光子，光子的能量为hv，频率为v。由于没有外部影响，这个过程完全是自发的，因此称为自发辐射（Spontaneous radiation）。自发辐射的特点是该进程不受外部环境影响。自发辐射过程中，每个粒子的自发跃变都是独立的，相互之间没有任何联系，所以所发出的光子，不管是发射角度、初相位或者是偏振状态，都可以不同，即物理上所说的非相干光。

自发辐射

粒子从高能级向低能级跃迁，不仅能在自然状态下自发地进行，也可以被外界因素所诱导和刺激发生跃迁，此时粒子也会释放光子，这个过程称为受激辐射（Stimulated radiation）。

受激辐射

受激辐射的特征在于，一定要受到外部光子的激励，并且当其能量达到 hv=E₂-E₁ 时，在这种情况下，处于高能级E₂的粒子就会受到激励，从而跃迁到较低的能级E₁。由于受激辐射出来的光子是在其感应下发生的，所以它与引起这种辐射的原来光子性质、状态完全相同，即具有相同的发射方向、频率、相位和偏振状态，因而，受激辐射发出的光是相干的，这就是激光的发光机理。受激辐射是在外来辐射感应下发生的，在单位时间内能级E₂和E₁之间受激辐射的原子数的影响因素不仅有较高能级E₂中的原子密度N₂，还有能产生这种辐射感应的光子数密度有关，即频率为v的外部辐射的能量密度u(v)，所以在dt时间内，两能级E₂、E₁间，受激辐射的原子数密度为：

。式中，B₂₁u(v)是单位辐射能量密度的受激辐射概率，即一个原子在辐射场作用下，在单位时间内从能级E2跃迁到E1的辐射概率；B₂₁称为受激辐射爱因斯坦系数。

激光是由光和物质之间的交互作用而形成的，而在这种作用下，受激辐射跃迁是激光的物理基础。为了利用受激辐射光的放大过程产生激光，必须保证受激辐射在光和物质的交互作用中起主导作用。在光放大过程中，一个频率ν的光子入射，激励粒子产生受激辐射，得到两个特征完全相同的光子，而这两个光子可以诱导其他的粒子被激发，获得更多同样的光子，这样的处理被称作光学放大。为了得到强烈的相干性光线，需要不断地利用受激辐射来增强入射光。

光的受激辐射放大

激光是在受激辐射过程中产生的。而在常温且没有外部激励的情况下，大部分粒子受到激发而辐射的可能性很低，光线也会一直衰减。为了提高介质对光线的增益效果，就需受激辐射大于受激吸收，这二者发生的几率分别与高能级粒子数和低能级粒子数成正比。通常在热均衡的原子体系中，基于玻尔兹曼的理论，分布在不同能级的粒子数符合玻尔兹曼分布规律，在该条件下，高能级粒子数总是少于低能级粒子数。这就需要通过对粒子的正常分布状况进行调整，从而打破热量均衡条件，以达到受激辐射超出受激吸收的状态。为了得到光的放大，必须到非热平衡体系中去寻找。所谓非热平衡体系，是指热运动并没有达到平衡，整个体系不存在一个恒定温度的原子体系。这种体系的原子数目按照能级的分布不服从玻耳兹曼分布定律，位于高能级上的原子数目有可能大于位于低能级上的原子数目，即处于粒子数反转状态，此时受激辐射超出受激吸收的状态。当处于热均衡状态时，大部分粒子在常温下处于基本态。为了将普通物质状态转变成一个反向分布状态，就需要外部的能源供应，将一个原子从低能级激励到更高的能级，这个过程被称作泵浦。激光形成的必要条件是实现粒子数反转，而要完成这个过程，则需要相应的能级体系的激活粒子。为激活粒子提供暂存地的物料被称作基质，而基质和激活粒子则被称作工作物质。在能够逆转粒子数量的物质中，就需要一个适当的能级体系，才能使粒子数反转。使用二能级系统来做激活媒质无法实现实现粒子数反转，能够实现粒子数反转的只可能是含有亚稳态能级结构的三能级系统与四能级系统。

实现粒子数反转是形成激光的必要条件，但不是充分条件。由自发辐射产生的光子去引起激发态的原子受激辐射，这虽然能够实现光放大，但放大的光仍是传播方向、位相、频率等均不相同的光。要产生激光，必须使某一特定传播方向的入射光子所引起的受激辐射处于主导地位，因此需要利用光学谐振腔来实现光的自激振荡。将两个彼此并列的镜子置于工作物质的两端，形成一个光学谐振腔。偏离轴线方向上传输的光子会迅速地从腔体中逃出，而沿着轴心的光子则会在两个镜面之间往返多次，这个过程将引起受激辐射，这个过程可以反复进行，从而产生大量具有同样方向、频率和相位等特性的光子，通过局部反射镜进行输出，最终形成稳定的光束。光在谐振腔内来回反射，虽然能引起光放大，但是在光学谐振腔内还存在许多导致谐振腔内光子数的减少的过程，称为损耗。为了使光在谐振腔体内反复的反射过程中不断地得到加强，光波在谐振腔中的每一次放大都要比由各损失所造成的衰减要大，这样就可以保证激光器的稳定输出。也就是要满足某种特定的要求，才能产生激光振荡，这就是阈值条件。

单色性是指光强按频率（波长）的分布情况。光的颜色是由光的波长决定的，而光都会有一定的波长范围，其波长范围越窄，表现出来的单色性就会越好。激光单色性好，体现了激光能量在频域上的高度集中。对于普通光源，由于谱线宽度比较大，频率范围过宽，表现出来的颜色就会比较杂。而激光的谱线宽度要窄得多，其中单色性能最佳的是氮灯的605.7nm谱线，其线宽为400MHz左右，而Ne原子632.8nm的自发辐射谱线宽度大约为2000MHz。

光束的方向性用发散角描述，发散角度愈低，其方向就愈好。激光的方向性好体现在激光束的发散角很小，仅为毫弧度数量级。激光具有良好的方向性主要是因为激光器的激发机制以及谐振腔对光束定向的约束，光子只有平行于谐振腔的轴线才能在被谐振腔两端反射镜多次反射放大，形成激光输出。

亮度是衡量光源定向发光强度的主要指标，将它定义为单位面积光源在给定方向上，在每单位面积内所发出的总光通量。激光在亮度上的提高主要是靠光线在发射方向上的高度集中，由于其具有极好的方向性、单色性，发散角极小，接近平行光束，能把能量在空间上和时间上高度地集中起来，因此其亮度很高。

相干性反映了一个光源所发出的单个频段光波的相位的恒定的关系，具体体现是波束在重叠过程中会发生干涉，一般分为空间相干性和时间相干性。从激光器中发射出来的光波在波长、频率、偏振方向上都是一致的，这就使得激光具有非常强的干涉力，一般也将激光称作强相干光。激光时间相干性强与单色性有关，单色性越好（光谱线宽度越窄）时间相干性越好，表示激光与它本身的延迟之间发生干涉的能力强。激光空间相干性强则与方向性有关，方向性越好（发散角度愈低）空间相干性越好，表示激光同它在空间移动后的光束之间发生干涉的能力强。

激光器系统是产生激光束的关键部件之一。激光器的基本结构包括激光工作物质、激励装置（泵浦源）和光学谐振腔。其中激光工作物质提供激光的能级结构体系，被激励后能产生粒子数反转，是激光产生的内因；泵浦源提供形成激光的能量激励，即能使工作物质发生粒子数反转的能源，是激光形成的外因；光学谐振腔为激光提供反馈放大机构，能使光束在其中反复振荡和被多次放大，使受激辐射的强度、方向性、单色性进步提高。

激光器常用分类方式

激光具有很强的能量，是一种非常危险的光源。对人体的危害：激光可以造成眼部和皮肤的严重损伤。人眼中的角膜、晶状体和视网膜对激光具有很高的敏感度，而激光的聚焦能力很强，一旦直接照射，则会造成眼部损伤。此外，激光也会损伤皮肤，造成灼伤或热损伤，表现为红斑、皮肤老化、红肿和烧伤等。对生物、环境的危害：激光通过改变化学反应或破坏物质来影响环境。激光束直接照射或强反射会引起可燃物的燃烧，导致火灾，激光器有着数千至数万伏特的高压，存在电击的危险。激光焊时，材料受热而蒸发、汽化，产生各种有毒的金属烟尘，高功率激光加热时形成的等离子体云产生臭氧。总的来说，激光是一种强大危险的光源，并存在潜在的风险。例如医疗、工业、军事等方面，都存在着激光的危险性，不正确使用激光设备可能会损伤人体和环境。在使用激光时，必须遵循安全规范，正确使用仪器，并确保激光束不会反射到其他人的身上。同时，需要做好保护眼睛和皮肤等身体部位的措施，加强对射线环境的监测和监控，以及避免人为因素的干扰和误操作。

激光安全标准叫做激光最大容许照射剂量或最高容许照射水平，为了确保使用激光的研究人员和工作人员的健康，应确定激光安全标准，其数值根据激光损伤值和安全系数进行计算，最大值应规定在允许照射眼睛和皮肤的标准内。激光最大容许照射剂量可以作为评判标准，应确保接触的激光剂量不超过最大容许照射剂量，以排除潜在的危险性。激光安全标准的制定、监督和管理的责任通常由国家或地区的激光安全标准协会承担。

美国国家标准协会Z-136委员会制定的ANSI标准是最广泛接受的激光安全标准，包括激光的最大允许暴露水平、激光安全分类以及各类激光安全操作的定义。根据ANSI标准，激光器分为四级：1级激光器，激光照射低于会产生有害影响的水平，一级激光器也可以是一种高功率激光器，以使用者不能接近光束的方式互锁；2级激光器，它们是低功率的可见光激光器，没有足够的输出功率来意外伤害人，但是当注视1000s 时可能会造成视网膜损伤；3级激光器，中等功率激光，直接照射光束会立刻产生危害。这一级激光器通常又分为3a和3b两个亚级别，3a 级激光器的激光剂量超过了直接照射的最大容许剂量，但是在绝大多数情况下造成的损伤很小。3b级直视可产生危害，由镜面反射和光束内观察都会产生危害；4级激光器，这类激光器不仅可能产生危险的直接或镜面反射光束，还可能产生皮肤接触危险火灾危险或产生危险的漫反射。

激光防护通常是对激光源、操作人员和工作环境分别采取相应的保护措施及执行安全工作制度。激光器应尽可能封闭起来，激光束除接近目标处外不应外漏，不应和人眼在同一水平高度。脉冲激光应有安全闸以防止激光爆炸，对每一项应用，都应该使用能达到目的的最低辐射水平。激光室的墙壁不可涂黑，应用浅色而漫射的涂料，以减少镜式反射和提高光亮。室内应光亮以缩小瞳孔，家具尽量减少，表面应粗糙，且应设置障碍，不能走近激光器，大功率激光器工作时应有红灯标示。在实际操作中，除了必要的防护措施外，还需要采取操作规程、作业手册等方式进行人员的操作指导和安全教育。除了熟知激光器所具有的紫外、可见光和红外三种辐射成分的突出危害外，还要制定出正确的操作方法、防护措施，以尽量避免人员接触过激光辐射而造成损伤。对于激光设备施工、调试、维护人员应定期参加相关学习、考试，取得合格证明方可上岗工作。

激光打孔技术是通过透镜对激光进行聚焦，使得金属表面的焦点温度快速升高，直到汽化为止。它不会受到加工物料的硬度和脆性的制约，是最早有实际用途的工艺，也是激光加工的主要应用之一。

激光切割与激光打孔的基本相同，只需移动加工物或光束，把打孔过程中产生的空孔连接起来，即可切断物料，而且切口光滑无比。

激光切割

激光焊接技术是采用高能量强度的激光进行焊接。高功率密度意味着每个单位体积内的高能量聚集，适合精密、微型加工等。

激光通讯是一种新型通讯手段，利用激光的单色性和良好的方向性，能够有效地处理光学通讯发展中所面临的光源与传输问题。具有通信容量大、保密性强、可传送距离远等优点,但是也受天气等条件的限制。

如利用光束具有较强的单色特性和一致性，利用相干光对目标进行照明，并将其折射或扩散的光线直接投射到全息板上；利用干涉图样将光强分布和相位进行记录，使全息照片能真实、立体地再现和记录目标，用于商业展示、舞台表演、无损检测等。

利用激光的高亮度和极好的方向性，使得其能够实现对目标的精确测量。激光测距原理与声波法测距的原理相似，当光速已经确定时，通过测定从被摄对象发出的光至接收被摄对象所反射的光线之间的时间间隔，就可以得到更加准确的测量结果，并且可测范围更大。激光准直仪起到导向作用，被用在对方向性要求很高的工作环境中。

激光测距

激光武器是一种指向性的武器，它可以通过发射定向激光来有针对性地锁定和破坏目标，如激光瞄准器、激光炮和激光枪等。激光武器具有攻击速度快、转向灵活、能实现精确打击、无电磁干扰等特点，但同时也容易受到气候、环境的影响。

在工作机理和构造上，激光雷达和激光测距仪都有类似之处，但是由于要测量移动物体或相对移动物体，因此测量数据处理更为繁琐。在激光雷达的基础上，实现了对远程导弹的精确跟踪和精确激光制导技术，使轰炸目标的精度非常高。

强激光主要用于手术治疗，即对组织进行切割、汽化和凝固治疗。弱激光则用于照射治疗和针灸治疗，其目的是为了促使细胞生长和调整功能。前者是“破坏”，后者是“修复”，主要利用激光在时间、空间内具有高度集中的能量的特点。

激光诊断利用激光方向性好、单色性好以及极好的相干性等特点。光子是能量的载体，也是信息的载体，激光照射组织产生的光携带组织本身的信息，通过对这些光以及由其产生的光学现象进行识别、分析和判断，可以获得组织或生物样品的重要信息。

近视眼属于眼睛屈光异常，是一种眼类疾病，是指当眼球处于调节静止状态时，平行光线在视网膜前面形成图像，其病因是眼轴的拉长和屈光力的增强。准分子激光手术对近视患者的治疗具有良好的预见性和长期的稳定性，利用激光切削的方法，将角膜的前表面平整，形成凹透镜的效果，对通过视网膜的光进行聚焦，可以重新得到清晰的视网膜物象，从而达到矫正屈光不正的目的。

激光美容，是一种很有吸引力的美容方式，可用于穿耳、双眼皮整形等，也可以对脸部痤疮、色素性病变和黑痣等进行治疗，其最广泛的应用是消除面部皱纹。与传统的美容技术相比，激光美容可以快速有效去除面部容貌的病变，同时还能维持和促进容颜健美，方法简单，安全，效果好，易于操作。

激光打印机是一种具有高分辨率、高速度、低噪音、能灵活地绘制图形并进行文字处理等特点的新型信息输出装置，其利用激光技术与电子照相相结合的方式进行工作。当激光打印机在工作时，它会接受电脑的输出信息，并通过控制激光光束，将其射向一个不停转动的多面转镜，然后通过它的反射回到感光磁鼓上。当激光照射到感光磁鼓某个部位时，该部分电荷会被消除，而没有被照射到的电荷则会继续存在，从而使输出信号在磁鼓上形成一个潜象，然后通过显影器将潜象转化为色粉图像，使炭粉吸附于纸张上，经加热固定后，即可输出。

激光唱片是一种用来刻录数码资料的录制载体。模拟信号经过取样、量化和编码，形成了一个数字序列，这些数字包括0或1，在唱片的原版上，通过将激光束聚焦在记录介质上，通过对微小的部位进行加热，使其在介质的表面上形成小的凹陷，利用凹陷和平面组成的条纹记录数码。在播放时，激光束扫过由凹陷和平面组成的轨迹，在交界处，激光器接收到的反射光的强度发生变化导致翻转，激光束识别出数码信号。

激光的峰值能量在持续增加。超短激光脉冲的峰值功率越来越大，而且随着激光峰值功率的不断增加，将不断开拓出新的学科。激光的脉宽可达阿秒级。激光器将产生超短光脉冲，其脉宽已从飞秒向阿秒迈进，它的速度要小于光通过一个原子的速度，可以被用来检测并控制超快速的电子动力学过程。激光波长不断延伸。向短波发展，拓展到深紫外、X射线等波段的激光器将将极大地促进生命科学和材料科学的发展。向长波发展，拓展到太赫兹波段，将在通信遥感、探测等领域掀起一场技术革命。激光能量与能量密度将不断提升。对激光功率、脉冲宽度、波长、能量等各个方面的技术进步将会不断催生新学科与新应用，这种变化将在高能量密度领域产生重大应用。激光器类型不断更新。多种不同规模、不同特征和更快更高效的激光器被研制出来，大规模激光器、纳米激光器、飞秒激光器、量子级联激光器等激光器的强大功能和实用性使其得到多元化应用。研制不同材质的激光器。更多新的金属材料和无机非金属材料被用于激光器的研制，例如钍[tǔ]的应用帮助减少激光能量损失，硅基材料使得激光器可以利用可见光工作等。

2015 年，美国科学家开发了一款能够发出白光的激光器，这个新型设备非常小巧，但却能发射可见光所有颜色的激光，从红到绿再到蓝，甚至可以产生白光。与发光二极管（LED）相比，白光激光器更亮、能效更高，而且能提供更精确和生动鲜艳的显示颜色，未来将在计算机和电视屏幕上使用。此外，该技术也有望应用于通讯领域，现在正在研发可见光无线通信技术。然而，要将这种激光器应用于现实照明或显示屏系统还面临着困难，研究人员需要解决如何在电池的驱动下获得同样的白色激光问题。2017 年，研究人员在代尔夫特理工大学的Leo Kouwenhoven领导下研究了一种基于超导约瑟夫逊结的片上微波激光器，具有高效率和稳定性以及交流约瑟夫逊效应，并且可以在非常低的温度下工作。这种技术可用于量子计算机控制系统等许多应用程序。通过使用可调谐的约瑟夫森结，这个设计还可以扩展，以实现更多量子元件的快速控制微波发射，这项工作标志着大规模量子计算系统的控制迈出了重要一步。2017 年，德国联邦物理技术研究院（PTB）与美国实验天体物理联合研究所（JILA）的研究人员联合创造出了谱线宽度仅10 mHz（1mHz为0.001Hz）的激光，创下激光单色性的新世界纪录。这种极高精度的激光可以用于射电天文学、光学原子钟、精密光谱学和相对论测试等领域的研究，测试还发现，它比任何此前已知的光频率更精确，具有极低的热噪声。该种激光非常稳定，能在每秒振荡194万亿次的情况下维持同步至少11秒，并且可以传播相当于地球到月球距离的将近10倍的330万千米。研究人员表示他们还可以进一步优化实验装置，将线宽缩小到低于1mHz的水平。2022年，浙江大学光电科学与工程学院邱建荣教授团队发现了飞秒激光诱导的空间选择性微纳分相和离子交换规律，开拓了飞秒激光三维极端制造新技术，首次在无色透明的玻璃材料内部实现了带隙可控的三维半导体纳米晶结构。这项成果将为新一代显示和存储技术提供新的方向，国际顶级学术期刊《科学》于1月21日刊登了这项成果，该技术有望应用于未来的光存储设备中，将能够提高容量和使用寿命。2023年，清华大学物理系周树云教授研究组在半导体材料黑磷中实现了弗洛凯瞬时能带调控，并发现具有特定的光学选择定则，为调控材料性质、开发新型器件等方面提供了基础。该研究从非平衡态超快动力学和瞬时物态调控的研究角度出发，通过周期振荡的势场诱导量子物态的变化，利用飞秒激光来调控材料电子结构和性质，并观察记录其演化过程。这一成果拓展了非平衡态物理知识的前沿，对新型高速器件的开发和应用奠定了重要科学基础。这种技术的迅速"开关"特点也有望应用于拓扑物态、关联物态（磁性、超导等）的瞬时调控奠定了重要基础。独特的偏振选择效应未来也有望应用于光学偏振相关的光电器件应用中。

激光陀螺仪是一种利用激光光程差异测量目标的角位移的仪器，它具有寿命长、性能好、可靠性高、对周围环境的影响小等特点，已经广泛用于惯性导航、精密测量、姿态控制、位置控制等领域。激光陀螺的精度大大高于机械式陀螺，是大中型飞机惯性基准系统的核心部件。

高能激光是一种清除空间碎片的有效方法，由于具有清因其清洁、安全等优点，已成为一种极具发展前景的新型清洁技术，被用于主动清理空间碎片。激光清理主要有两种直接烧蚀模式和烧蚀反喷模式。前者是以小型空间碎片为目标，以强烈的连续激光束对碎片进行加热，以达到高温熔化或汽化的目的，实现清理。后者是以较大的太空碎片为目标，利用高能脉冲激光束照射碎片表面，通过烧蚀导致的一系列物理学过程，将其送入大气层中燃烧，从而达到清除目的。

激光钻井就是利用激光器将其它能量转化为光子，光子经过聚焦成为强光束，把激光束聚焦在一个要钻入地层的环形区域内，从而产生高温，使岩层物质熔化蒸发，强大的热冲击也会把要内部的岩层打得粉碎。同时，因为在环状区域里熔融物质的汽化会形成足够的巨大的压强，这使得破碎的物料上升到地表。

激光通信是一种利用光学技术进行无线通信的方法，它通过发送光束来传输信息，具有高速、低延迟和高安全性等优点，激光通信领域已取得了许多重要进展，例如实现空间激光通信。空间激光通信具有无频谱资源限制、带宽大、传输速率高、保密性好、抗干扰能力强、体积小、质量轻、功耗低等优点。因此，空间激光通信非常适合复杂电磁环境、无线电静默等条件下的高保密高速数据传输。凭借其带宽优势，在未来，空间激光通信可能成为主要的空间高速通信方式。美国、欧洲、日本等多个国家已经对空间激光通信系统中涉及的关键技术进行了深入研究，并成功地开发出多套卫星激光通信终端。空间激光通信正在向高速化、深空化、集成化、网络化和一体化等五大发展趋势进发。