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激光基础知识

阅读次数: 【 374 】 更新时间: 【 2016-05-26 】
1,激光发展简史

上世纪初,以大科学家爱因斯坦为代表的一批理论物理学家奠定了现代物理学的重要学科之一,量子理论。激光-LASER是英文Light-Amplification-Stimulated Emission of Radiation的缩写,意思是受激光放大辐射。量子理论预言了受激辐射的可能性,四十多年前美国科学家首先在实验室利用红宝石作为工作介质获得了激光输出,约两年后我国科学家也研制出了第一台红宝石激光器。
激光刚出现时,我国学者根据英文LASER的发音把它翻译为镭射,我国的台湾和香港等地还经常用镭射这个名词。后来经科学家钱学深森提议,才改为激光并延用之今。经过四十多年的发展,特别是最近十年,激光技术高速发展,如今激光器品种繁多,应用五花八门,激光技术和其产品已渗透到许多领域,包括我们的日常生活。

2,激光器的基本工作原理

量子理论认为,所有物质都是由各种微观”粒子”组成,如分子,原子,质子,中子,电子等。在微观世界里,各种粒子都有其固有的能级结构。当一个粒子从高能级掉到低能级时,根据能量守恒定律,它要把两个能级相差部分的能量释放出来,通常这个能量以光和热两种形式释放出来。普通电灯炮的工作原理是灯丝吸收电的能量,灯丝中的各种粒子被电能推到较高的能级,因为高能级是不稳定的,它有向下能级跃迁的倾向,当处在高能级的粒子向低能级跃迁时,灯丝就发光,同时发热。
灯丝的发光辐射是随机的,各种能级上的粒子向下跃迁时辐射不同波长的光,没有相关性,这被称为自发辐射。而激光不同,科学家通过精心设计激光器的结构,让某一个能级对的辐射被放大,而其它能级对的辐射没有被放大或者被抑制。在激光器里,当一个粒子向下辐射并发射光子时,这个光子会感应激励其它粒子辐射同样的光子,这是一个雪崩复制的过程,所以激光器辐射的光具有相关性,这个过程被称为受激辐射。
激光器通常有三大部分组成:激励源,工作物质,谐振放大腔。工作物质通过吸收激励源的能量使其内部的“粒子”上升到高能级,谐振腔的作用是把某个能级对的辐射进行振荡放大,从而实现受激辐射,输出激光。

3,激光与普通光源的区别

激光与普通光源的主要区别是:激光的单色性,方向性和高亮度。所谓单色性是指激光的波长为单一的波长,通常一台激光器只输出一个波长或几个波长的光,而普通光源输出各种波长的光;方性是指激光的辐射集中在某一个方向,而普通光源在各个方向都有辐射光;高亮度是指激光的能量集中在很小的光斑内,而普通光源的光是发散的。

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