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激光(台湾译雷射,香港译镭射;英語:Laser,全稱Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation,意思是“通过受激辐射线的放射达到光的放大”)指通过受激辐射放大和必要的反馈,产生准直、单色、相干的光束的过程及仪器。而基本上,產生激光需要“共振腔”(resonator)、“增益介質”(gain medium)及“激發來源”(pumping source)這三個要素。
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原理 根据产生激光的媒质,可以把激光器分为液體激光器、气体激光器和固体激光器等。而現在最常見的半導體激光器算是固体激光器的一種。
气体激光器 介质是气体的激光器,此种激光器通过放电得到激发。 化学激发激光器是一种特殊的形式。激发通过媒介中的化学反应来进行。媒介是一次性的,使用后就被消耗掉了。对于高功率的条件及军事领域是非常理想的。
氦氖激光器:最重要的红光放射源(632,8 nm )。 二氧化碳激光器:波长约10,6 μm (红外线),重要的工业激光。 一氧化碳激光器:波长约 6-8 μm (红外线),只在冷却的条件下工作。 氮气激光器:337,1 nm (紫外线)。 氩离子激光器:具有多个波长,457,9 nm (8%), 476,5 nm (12%), 488,0 nm (20%), 496,5 nm (12%), 501,7 nm (5%), 514,5 nm (43%) (由蓝光到绿光)。 氦镉激光器:最重要的蓝光(442nm) 和近紫外激光源(325nm)。 氪离子激光器 :具有多个波长,350,7nm; 356,4nm; 476,2nm; 482,5nm; 520,6nm; 530,9nm; 586,2nm; 647,1nm (最强); 676,4nm; 752,5nm; 799,3nm (从蓝光到深红光)。 氧离子激光器 氙离子激光器 混合气体激光器:不含纯气体,而是几种气体的混合物(一般为氩,氪等)。 准分子激光器:比如,KrF (248 nm), XeF (351-353 nm), ArF (193 nm), XeCl (308 nm), F2 (157 nm) (均为紫外线)。 金属蒸汽激光器:比如铜蒸汽激光器,波长介于510,6 和 578,2 nm之间。由于很好的加强性,可以不用谐振镜。 金属卤化物激光器:比如溴化铜激光器,波长介于510,6 和 578,2 nm之间。由于很好的加强性,可以不用谐振镜。 盐酸激光器 碘激光器 分类 激光器大多由激励系统、激光物质和光学谐振腔三部分组成。激励系统就是产生光能、电能或化学能的装置。目前使用的激励手段,主要有光照、通电或化学反应等。激光物质是能够产生激光的物质,如红宝石、铍玻璃、氖气、半导体、有机染料等。光学谐振腔的作用,是用来加强输出激光的亮度,调节和选定激光的波长和方向等。
构成 激光应用很广泛,主要有光纖通信, 激光光谱、激光测距、激光雷达、激光切割、激光武器、激光唱片等等。
应用 爱因斯坦在二十世纪三十年代描述了原子的受激辐射。在此之后人们很长时间都在猜测,这个现象可否被用来加强光场,因为前提是必须有占据逆转存在。而这在一个二级系统中是不可能的。首先人们想到了三级系统,而且计算证实了辐射的稳定性。 1958年,美国科学家肖洛和汤斯发现了一种神奇的现象:当他们将内光灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时,晶体的分子会发出鲜艳的、始终会聚在一起的强光。根据这一现象,他们提出了"激光原理",即物质在受到与其分子固有振荡频率相同的能量激励时,都会产生这种不发散的强光--激光。他们为此发表了重要论文。 肖洛和汤斯的研究成果发表之后,各国科学家纷纷提出各种实验方案,但都未获成功。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0.6943微米的激光,这是人类有史以来获得的第一束激光,梅曼因而也成为世界上第一个将激光引入实用领域的科学家。 1960年7月7日,梅曼宣布世界上第一台激光器由诞生,梅曼的方案是,利用一个高强闪光灯管,来刺激在红宝石色水晶里的铬原子,从而产生一条相当集中的纤细红色光柱,当它射向某一点时,可使其达到比太阳表面还高的温度。 前苏联科学家H.Γ.巴索夫于1960年发明了半导体激光器。半导体激光器的结构通常由P层、N层和形成双异质结的有源层构成。其特点是:尺寸小,P合效率高,响应速度快,波长和尺寸与光纤尺寸适配,可直接调制,相干性好。 在八十年代后期,半导体技术使得更高效而耐用的半导体激光二极管成为可能,这些在小功率的CD和DVD光驱和光纤数据线中得到使用。 在九十年代,高功率的激光激发原理得到实现,比如片状激光和纤维激光。后者由于新的加工技术和20kw的高功率不断地被应用到材料加工领域中,从而部分的替代了CO2激光和Nd:YAG-激光。 千年之交激光的非线性得到利用,来制造X射线脉冲(来跟踪原子内部的过程) 蓝光和紫外线激光二极管已经开始进入市场。 现在,激光已成为工业,通讯,科学及电子娱乐中的重要设备。
历史
红宝石激光 - 氖激光 紫蓝激光 紫外線激光 半导体激光器 CD-ROM - DVD MASER 受激辐射 参考 《物理園》:激光是甚麼? 激动的光,激光笔记与信息站 |