《生活物理应用课堂｜发现身边的激光应用知识》

1激光的本质与日常认知演讲人01.02.03.04.05.目录激光的本质与日常认知消费级场景中的激光应用家居与出行领域的激光应用公共服务与医疗健康中的激光应用激光应用的安全与未来发展《生活物理应用课堂｜发现身边的激光应用知识》我是一名深耕激光应用科普与行业服务十余年的从业者，日常工作中经常会被身边的朋友问到：“激光不都是用来打标、切割工业零件的吗？怎么会出现在我家的扫地机器人上？”“我去美容院做的激光脱毛，真的安全吗？”每当这时，我都会带着他们一起观察生活里的细节——其实激光早已渗透进我们衣食住行的每一个角落，只是我们常常忽略了它的存在。今天这堂课，我们就从最日常的场景切入，由浅入深地拆解藏在生活细节里的激光物理知识，让大家真正发现身边的激光应用。01激光的本质与日常认知1从“受激辐射”到“日常之光”大家对激光的第一印象，往往停留在科幻电影里的致命光束，但实际上我们日常接触的激光，是基于“受激辐射放大”原理产生的普通但极具实用性的光源。和普通光源比如灯泡、手电筒相比，激光的光子具有高度的一致性：所有光子的频率、传播方向、振动相位完全统一，就像一支训练有素的仪仗队整齐行进，这也让激光具备了高亮度、高方向性、高单色性三大核心特性。举个最简单的例子，我们用激光笔照射墙面时，会得到一个边缘清晰的小红点，而用手电筒照射则会得到一片模糊的光斑，这就是激光高方向性的直观体现。这种特性让激光可以被精准聚焦到极小的范围，从而实现精准的能量传递和信息传递，也是它能在生活中广泛应用的核心原因。2大众对激光的常见误区从业这么多年，我见过不少对激光的误解。最常见的就是“激光会伤人眼睛”，其实大部分日常接触的激光都属于1类安全等级，也就是不会对人体造成任何伤害，比如商超的扫码枪、激光电视的光源、扫地机器人的激光雷达。只有高功率的4类激光，比如工业用的切割激光，才可能灼伤皮肤、损伤眼睛，所以大家不用谈“激光”色变。还有人认为激光只能用在工业生产里，其实从我们每天结账的扫码枪，到美容院的脱毛设备，再到家里的激光电视，激光早已走进了千家万户。去年我有个亲戚去超市自助结账，看到扫码时的红灯就不敢靠近，以为是“危险的射线”，我给她解释了半天，她才放心地拿起商品扫码，这样的场景我已经见过不止一次了，这也更坚定了我做激光科普的想法。02消费级场景中的激光应用消费级场景中的激光应用接下来我们进入今天的核心内容——消费级场景中的激光应用，也就是大家每天都能接触到的激光设备，我会结合自己的从业经历和见闻，给大家详细拆解。1零售与服务行业的激光应用1.1商超扫码与自助结账的激光扫描器说到零售行业的激光应用，大家最熟悉的应该就是商超里的扫码枪了。1974年，全球第一台激光扫描枪在俄亥俄州的一家超市投入使用，当时扫描的第一件商品是一包箭牌口香糖，从此开启了零售行业的自动化时代。激光扫描枪的原理其实很简单：它通过半导体激光器发出一束激光，照射在条形码的黑白条纹上，黑色条纹会吸收激光，白色条纹会反射激光，反射的光被接收器接收后，转换成电信号，再通过解码芯片转换成数字信息，最后上传到收银系统完成结账。现在的自助结账机大多也采用了激光扫描技术，比起早期的影像式扫码枪，激光扫码的速度更快，对污损条形码的识别能力更强。我之前在一家连锁超市做技术支持的时候，见过不少顾客因为条形码被奶茶洒湿了，用影像扫码枪扫不出来，但用激光扫码枪就能轻松识别，这就是激光的优势所在。1零售与服务行业的激光应用1.2美容美发行业的激光设备美容行业是激光应用的重要阵地，我身边有不少朋友都做过激光脱毛、激光祛斑这类项目。很多人担心激光会伤害皮肤，其实这里用到的是“选择性光热作用”的原理：不同的激光波长可以精准靶向特定的组织，比如脱毛用的激光波长会被毛囊里的黑色素吸收，产生的热量会破坏毛囊的生长能力，而周围的皮肤组织不会吸收这个波长的激光，所以不会受到伤害。目前家用的激光脱毛仪大多属于1类安全等级，比如我朋友买的那款家用脱毛仪，每天使用10分钟，坚持一个月就能看到明显的效果，而专业美容院的激光脱毛设备属于3类等级，需要由持证的操作人员使用，这样才能保证安全。除了脱毛，激光还可以用来祛斑、洗纹身、美白牙齿，比如激光洗纹身，就是用高能量的激光粉碎纹身的色素颗粒，然后通过人体的新陈代谢排出体外，比起传统的化学剥脱法，激光洗纹身的疤痕更小，效果更好。去年我有个朋友洗了手臂上的纹身，用的就是激光技术，恢复得比预期的快很多，也没有留下明显的疤痕。1零售与服务行业的激光应用1.3餐饮与文创行业的激光应用餐饮和文创行业的激光应用也越来越普及，比如现在很多奶茶店、咖啡店都会提供定制化的服务，比如在奶茶杯上印上顾客的名字或者图案，这里用到的就是激光雕刻技术。激光雕刻机通过控制激光的功率和移动路径，在奶茶杯的塑料表面留下一层淡淡的痕迹，既不会损坏杯子，又能做到精准美观。我去年帮朋友的奶茶店设计过定制化的激光雕刻方案，他们的顾客都很喜欢这种个性化的服务，销量也提升了不少。还有文创行业的激光雕刻书签、钥匙扣、亚克力摆件，比起手工雕刻，激光雕刻的精度更高，速度更快，成本也更低，比如刻一个名字在木质书签上，手工雕刻可能需要十几分钟，而激光雕刻只需要几秒钟，而且误差不到0.1毫米。另外，很多餐厅会用到激光投影菜单，把菜单投影在餐桌上，顾客可以直接在餐桌上点餐，既美观又方便，我之前在一家网红餐厅吃过饭，就是用的激光投影菜单，当时很多顾客都在拍照分享，效果非常好。03家居与出行领域的激光应用家居与出行领域的激光应用聊完了零售和服务行业的激光应用，我们再来看看藏在家里和出行路上的激光科技，这些设备已经成为我们提升生活品质的重要帮手。1智能家居中的激光传感器智能家居领域的激光应用最典型的就是扫地机器人的激光雷达（LDS）。我家现在用的就是一款带激光雷达的扫地机器人，之前我一直觉得扫地机器人都是“瞎逛”的，直到我拆开了它的头顶圆盘，才看到里面的激光发射器和接收器。它的工作原理是：激光发射器不断发射激光脉冲，遇到障碍物后反射回来，接收器接收反射的激光，通过计算激光往返的时间，就能算出到障碍物的距离，然后通过旋转的圆盘扫描周围的环境，建立三维地图，规划最优的清扫路径。我家的扫地机器人曾经准确地绕过了我家猫的猫砂盆，还能记住客厅的家具位置，第二天继续清扫，这就是激光雷达的功劳。除了扫地机器人，激光测距仪也是家装时的好帮手，传统的卷尺测量房间长度需要两个人配合，而激光测距仪只需要一个人按一下按钮，就能在几秒钟内测出准确的距离，误差不到1毫米，我之前装修房子的时候，就用激光测距仪测了客厅的面积，比卷尺测的准确多了。还有一些高端的智能门锁，会用到激光虹膜识别技术，通过扫描虹膜的纹理来识别用户，比指纹识别的安全性更高，不过目前还比较少见，主要用在高端住宅和办公场所。2激光电视与家庭影院激光电视是近几年家庭影院市场的热门产品，很多人都会把它和投影仪混淆，其实它们的原理略有不同。激光电视的光源是激光二极管，发出的激光经过色彩处理后，投射在专用的幕布上，通过漫反射的方式进入人的眼睛，而普通的液晶电视是通过背光直射的方式发光的。激光电视的优势非常明显：首先是色域更广，能显示出更鲜艳的色彩，比如红色的饱和度比液晶电视高30%以上；其次是亮度更高，即使在白天不拉窗帘，也能看清画面；最后是护眼，因为是漫反射光源，不会对眼睛造成直射的伤害。我去年换了一台激光电视，之前用的是液晶电视，孩子看动画片的时候总是离得很近，换了激光电视之后，他会自然地坐在更远的位置，因为画面足够清晰，不需要凑近看。而且激光电视的画面更大，我家的幕布是100英寸的，看球赛的时候就像在电影院一样，体验非常好。3出行领域的激光应用出行领域的激光应用也非常广泛，首先是汽车的激光雷达，现在很多新能源汽车的自动驾驶系统都用到了激光雷达，比如小鹏G9、蔚来ET5等车型，它们的车顶都有一个旋转的激光雷达，能扫描周围360度的环境，探测距离可达200米以上，能准确识别行人、车辆、障碍物等，比传统的摄像头和雷达更精准。我之前坐过朋友的自动驾驶汽车，当它遇到路边突然跑出来的狗时，能立刻减速避让，这就是激光雷达的功劳。其次是高铁的激光焊接技术，高铁的车厢是用高强度的铝合金制成的，传统的焊接方法容易产生气孔和裂纹，而激光焊接通过高能量的激光束熔化金属，焊接的强度更高，密封性更好，能有效降低高铁运行时的噪音。我之前坐高铁的时候，注意到车厢的接缝非常平整，这就是激光焊接的成果。还有高速公路上的激光测速仪，路边的那种红色的测速设备，其实很多都是激光测速仪，它通过发射激光脉冲，测量车辆在两个点之间的时间差，3出行领域的激光应用从而算出车辆的速度，比传统的雷达测速更精准，误差不到1公里每小时。去年我开车在高速上被激光测速仪拍到超速，当时还以为是雷达测速，后来查了资料才知道是激光测速，这也让我对出行领域的激光应用有了更直观的认识。04公共服务与医疗健康中的激光应用公共服务与医疗健康中的激光应用除了日常的消费和出行场景，激光技术还在公共服务和医疗健康领域发挥着重要的作用，这些应用直接关系到我们的生命安全和生活质量。1医疗领域的激光应用医疗领域是激光应用的重要场景之一，从眼科手术到牙科治疗，激光技术已经成为现代医疗的重要工具。最常见的就是眼科的激光近视手术，比如全飞秒、半飞秒手术，都是用激光切削角膜的基质层，改变角膜的曲率，从而矫正视力。我身边有不少朋友都做过近视手术，之前他们都很担心手术的安全性，我给他们解释：现在的激光近视手术已经非常成熟，手术时间只需要十几分钟，而且不会伤害到眼睛的其他组织。全飞秒手术不需要制作角膜瓣，只会在角膜上做一个2毫米的切口，恢复起来更快，我一个朋友做了全飞秒手术，第二天就能正常看东西了。除了近视手术，激光还可以用来治疗白内障，用激光撕开后囊膜，恢复视力；治疗青光眼，用激光打通房角，降低眼压；还有牙科的激光补牙，用激光去除腐坏的牙组织，比传统的钻头更舒适，不会产生噪音和震动，很多儿童患者都更喜欢激光补牙。另外，激光理疗也是一种常见的康复治疗方法，用低功率的激光照射疼痛部位，促进血液循环，缓解肌肉疼痛，我妈妈有腰椎间盘突出的问题，经常去做激光理疗，效果还不错。2公共安全与检测领域的激光应用公共安全领域的激光应用也非常重要，比如机场的激光安检系统，通过发射激光扫描行李，分析行李内物品的激光吸收光谱，从而识别出炸药、毒品等违禁品。这种安检方式比传统的X光安检更安全，因为不会产生电离辐射，而且识别精度更高。我之前在机场做过技术支持，见过工作人员用激光安检系统扫描行李，很快就能识别出里面的违禁品，效率非常高。还有消防领域的激光烟雾探测器，比传统的烟雾探测器更灵敏，能在烟雾还很淡的时候就检测到，提前发出警报，减少火灾的损失。另外，文物保护领域也用到了激光技术，比如敦煌莫高窟的壁画修复，工作人员用激光清洗技术去除壁画上的污垢和老化的涂层，不会伤害到壁画本身的颜料和质地，我之前去敦煌参观的时候，看到工作人员正在用激光清洗壁画，当时觉得非常神奇，这项技术既能保护文物，又能恢复壁画的原貌。还有图书馆的激光防盗系统，门口的两道激光束，当带有磁条的书籍被带出图书馆时，激光束会被磁条遮挡，触发警报，这也是很多人都见过的激光应用。05激光应用的安全与未来发展激光应用的安全与未来发展聊完了激光在各个生活场景中的应用，我们也需要了解激光的安全问题，以及未来激光技术的发展趋势，这样才能更好地利用激光科技，为我们的生活服务。1激光的安全等级与使用规范根据国际标准，激光设备按照安全等级分为1类、2类、3R类、3B类和4类，其中1类是绝对安全的，不会对人体造成任何伤害，比如商超的扫码枪、激光电视的光源；2类是低功率激光，比如普通的激光笔，直视超过0.25秒才会对眼睛造成伤害；3R类是中低功率激光，需要避免直视；3B类是中功率激光，直视会损伤眼睛；4类是高功率激光，不仅会损伤眼睛和皮肤，还可能点燃易燃物。日常使用激光设备时，需要注意以下几点：首先，不要直视高功率的激光束，比如工业用的切割激光、专业的美容激光设备；其次，不要让儿童接触高功率的激光笔；最后，使用激光设备时要按照说明书的要求操作，不要私自改装。我之前在一所中学做科普讲座的时候，有个学生拿了一支高功率的激光笔，照了同学的眼睛，幸好只是短暂的不适，没有造成永久性伤害，这件事也让我意识到，激光科普的重要性，不仅要让大家知道激光的好处，还要让大家知道如何安全使用激光。2未来生活中的激光应用趋势随着科技的发展，激光技术的应用场景还在不断扩展，未来我们的生活将会有更多的激光应用。首先是激光无线充电技术，目前已经有一些实验室的原型产品，通过激光将电能传输到电子设备上，不需要充电线，比如给无人机充电、给手机充电，我去年参加过一个激光科技展，看到了一款激光充电的手机原型，只要把手机放在激光发射器下面，就能自动充电，非常方便。其次是激光通信技术，6G网络可能会用到激光通信，因为激光的传输速度比无线电波快100倍以上，能实现高速的数据传输，比如下载一部高清电影只需要几秒钟。还有激光种植技术，通过用特定波长的激光照射植物，促进植物的生长，提高产量和品质，目前已经有一些农业实验室在研究这项技术，未来可能会应用到大规模的农业生产中。另外，激光医疗技术也会不断发展，比如无创的激光癌症治疗，通过激光精准杀死癌细胞，不会伤害周围的正常组织，这项技术