时间:2023-05-23 10:19:43
普通光源的发光是以自发辐射为主,各个发光中心发出的光波无论方向、位相或者偏振态都各不相同。激光的发光则是以受激辐射为主,各个发光中心发出的光波都具有相同的频率、方向、偏振态和严格的位相关系。由于这些差别,激光具有强度高,单色性好、相干性好和方向性好等几个特点。
激光和光一样,都是一种电磁波,类似的还有X光、紫外线等等,区别在于波长不同。 平时所说的光称为可见光,是能够被人眼所感知的,波长在360-780nm,超过这个波段的称为不可见光,人眼无法直接感知。激光的波长比可见光更短,而且具有很好的能量聚焦性,可以在一个点上聚集很大的能量,因此可以作为切割、烧灼的工具。理论上讲,如果聚集的能量很大的话就可以用作武器使用。
受激产生光子在两个绝对平行的放射镜内,不断刺激放大。没在这个平行镜内反射的,就从旁侧飞出了,最后只剩下在两个平行镜反复飞行的光子,由激光腔决定相干,由半反射镜把激光输出。所以是单色平行的光。比如蜡烛火苗,发光的是火苗位置的高热气体,气体原子在热碰撞中发生外围电子跃迁,电子吸收能量跃迁到高能级轨道,但这种高能级状态不稳定,很快在某些随机因素的扰动下落回到最低能级,这时也就对外发射一个光子。
LED光源也是激光家族中的新型光源,属于弱激光范畴,通常用来常规医疗。随着科技水平的不断提高,激光己广泛地用在全息摄影、艺术光影、工业切割、仪器测量、军事杀伤武器等。原子中的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级,再从高能级回落到低能级的时候,所释放的能量以光子的形式放出。被引诱(激发)出来的光子束(激光),其中的光子光学特性高度一致。
这里的情况就类似于我们一开始就把气球吹到一定大小了,突然我们用一点光,让这个气球变得更大,气球突然爆炸放出了更多的能量,因此,通常情况下,受激发出的光都是具有很高的能量,但是他的本质还是光。打个比方就是,普通光源,比如电灯泡发出来的光子各不同,而且会各个方向乱跑,很不团结,像是临时集结的散兵游勇。而激光则像是训练有素的士兵,劲往一处使,目的一致。
同样道理,激光虽然是平行光束,在空气中传播的过程中,也会被空气和尘埃反射向各个方向,所以从各个方向都能看到。如果在真空中就只能逆着激光传播的的方向正对激光才能看到。
激光(LASER)是上实际60年代发明的一种光源。LASER是英文的“受激放射光放大”的首字母缩写。激光器有很多种,尺寸大至几个足球场,小至一粒稻谷或盐粒。气体激光器有氦-氖激光器和氩激光器;固体激光器有红宝石激光器;半导体激光器有激光二极管,像CD机、DVD机和CD-ROM里的那些。每一种激光器都有自己独特的产生激光的方法。
激光有很多特性:首先,激光是单色的,或者说是单频的。有一些激光器可以同时产生不同频率的激光,但是这些激光是互相隔离的,使用时也是分开的。其次,激光是相干光。相干光的特征是其所有的光波都是同步的,整束光就好像一个“波列”。再次,激光是高度集中的,也就是说它要走很长的一段距离才会出现分散或者收敛的现象。
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。
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6328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。
激光是什么光?激光是携有高能量的、很纯的光,激光是可见光,可能激光也有人造的,不可见光的红外线、紫外线的。
各种激光都有,从微波受激辐射到红外激光,紫外激光,X线激光等都已经实际得到了,所以激光既有可见光也有不可见光
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