激光 【簡(jiǎn)介】 激光 的最初中文名叫做“鐳射” 、 “萊塞” ，是它的英文名稱 LASER 的音譯，是取自英文 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 的各單詞的頭一個(gè)字母組成的縮寫詞。意思是通過受激發(fā)射光擴(kuò)大。激光的英文全名已完全表達(dá)了制造激光的主要過程。1964 年按照我國(guó)著名科學(xué)家錢學(xué)森建議將“光受激發(fā)射”改稱“激光” 。 激光是 20 世紀(jì)以來， 繼原子能、 計(jì)算機(jī)、 半導(dǎo)體之后， 人類的又一重大發(fā)明， 被稱為 “最快的刀” 、 “最準(zhǔn)的尺” 、 “最亮的光”和“奇異的激光” 。它的亮度為太陽(yáng)光的 50 億倍。它的原理...
激光 【簡(jiǎn)介】 激光 的最初中文名叫做“鐳射” 、 “萊塞” ，是它的英文名稱 LASER 的音譯，是取自英文 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 的各單詞的頭一個(gè)字母組成的縮寫詞。意思是通過受激發(fā)射光擴(kuò)大。激光的英文全名已完全表達(dá)了制造激光的主要過程。1964 年按照我國(guó)著名科學(xué)家錢學(xué)森建議將“光受激發(fā)射”改稱“激光” 。 激光是 20 世紀(jì)以來， 繼原子能、 計(jì)算機(jī)、 半導(dǎo)體之后， 人類的又一重大發(fā)明， 被稱為 “最快的刀” 、 “最準(zhǔn)的尺” 、 “最亮的光”和“奇異的激光” 。它的亮度為太陽(yáng)光的 50 億倍。它的原理早在 1916 年已被著名的物理學(xué)家愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，但要直到 1958 年激光才被首次成功制造。激光是在有理論準(zhǔn)備和生產(chǎn)實(shí)踐 迫切需要的背景下應(yīng)運(yùn)而生的，它一問世，就獲得了異乎尋常的飛快發(fā)展，激光的發(fā)展不僅使古老的光學(xué)科學(xué)和光學(xué)技術(shù)獲得了新生，而且導(dǎo)致整個(gè)一門新興產(chǎn)業(yè)的 出現(xiàn)。 激光可使人們有效地利用前所未有的先進(jìn)方法和手段， 去獲得空前的效益和成果，從而促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展。 【激光產(chǎn)生】 若原子或分子等微觀粒子具有高能級(jí) E2 和低能級(jí) E1,E2 和 E1 能級(jí)上的布居數(shù)密度為 N2 和 N1，在兩能級(jí)間存在著自發(fā)發(fā)射躍遷、 受激發(fā)射躍遷和受激吸收躍遷等三種過程。 受激發(fā)射躍遷所產(chǎn)生的受激發(fā)射光，與入射光具有相同的頻率、相位、傳播方向和偏振方向。星空體育平臺(tái)因此，大量粒子在同一相干輻射場(chǎng)激發(fā)下產(chǎn)生的受激發(fā)射光是相干的。受激發(fā)射躍遷幾率和受激吸收躍遷幾率均正比于入射輻射場(chǎng)的單色能量密度。當(dāng)兩個(gè)能級(jí)的統(tǒng)計(jì)權(quán)重相等時(shí)，兩種過程的幾率相等。在熱平衡情況下 N2＜N1，所以受激吸收躍遷占優(yōu)勢(shì)，光通過物質(zhì)時(shí)通常因受激吸收而衰減。外界能量的激勵(lì)可以破壞熱平衡而使 N2＞N1,這種狀態(tài)稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)。在這種情況下，受激發(fā)射躍遷占優(yōu)勢(shì)。光通過一段長(zhǎng)為 l 的處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的激光工作物質(zhì)(激活物質(zhì))后，光強(qiáng)增大 eGl 倍。G 為正比于(N2-N1)的系數(shù)，稱為增益系數(shù)，其大小還與激光工作物質(zhì)的性質(zhì)和光波頻率有關(guān)。一段激活物質(zhì)就是一個(gè)激光放大器。 如果，把一段激活物質(zhì)放在兩個(gè)互相平行的反射鏡（其中至少有一個(gè)是部分透射的）構(gòu)成的光學(xué)諧振腔中（圖 1） ，處于高能級(jí)的粒子會(huì)產(chǎn)生各種方向的自發(fā)發(fā)射。其中，非軸向傳播的光波很快逸出諧振腔外： 軸向傳播的光波卻能在腔內(nèi)往返傳播,當(dāng)它在激光物質(zhì)中傳播時(shí)，光強(qiáng)不斷增長(zhǎng)。 如果諧振腔內(nèi)單程小信號(hào)增益G0l大于單程損耗 (G0l是小信號(hào)增益系數(shù))，則可產(chǎn)生自激振蕩。 原子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以分為不同的能級(jí)， 當(dāng)原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，會(huì)釋放出相應(yīng)能量的光子（所謂自發(fā)輻射） 。同樣的，當(dāng)一個(gè)光子入射到一個(gè)能級(jí)系統(tǒng)并為之吸收的話，會(huì)導(dǎo)致原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷（所謂受激吸收） ；然后，部分躍遷到高能級(jí)的原子又會(huì)躍遷到低能級(jí)并釋放出光子（所謂受激輻射） 。這些運(yùn)動(dòng)不是孤立的，而往往是同時(shí)進(jìn)行的。當(dāng)我們創(chuàng)造一種條件，譬如采用適當(dāng)?shù)拿劫|(zhì)、共振腔、足夠的外部電場(chǎng)，受激輻射得到放大從而比受激吸收要多，那么總體而言，就會(huì)有光子射出，從而產(chǎn)生激光。 【激光的特點(diǎn)】 （一）定向發(fā)光 普通光源是向四面八方發(fā)光。要讓發(fā)射的光朝一個(gè)方向傳播，需要給光源裝上一定的聚光裝置， 如汽車的車前燈和探照燈都是安裝有聚光作用的反光鏡， 使輻射光匯集起來向一個(gè)方向射出。 激光器發(fā)射的激光， 天生就是朝一個(gè)方向射出， 光束的發(fā)散度極小， 大約只有 0.001弧度，接行。 1962 年，人類第一次使用激光照射月球，地球離月球的距離約 38 萬公里，但激光在月球表面的光斑不到兩公里。 若以聚光效果很好， 看似平行的探照燈光柱射向月球，按照其光斑直徑將覆蓋整個(gè)月球。 （二）亮度極高 在激光發(fā)明前，人工光源中高壓脈沖氙燈的亮度最高，與太陽(yáng)的亮度不相上下，而紅寶石激光器的激光亮度，能超過氙燈的幾百億倍。因?yàn)榧す獾牧炼葮O高，所以能夠照亮遠(yuǎn)距離的物體。紅寶石激光器發(fā)射的光束在月球上產(chǎn)生的照度約為 0.02 勒克斯（光照度的單位） ，顏色鮮紅，激光光斑明顯可見。若用功率最強(qiáng)的探照燈照射月球，產(chǎn)生的照度只有約一萬億
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