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[转载]激光是怎样形成的?

(2014-05-11 06:11:09)
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原文地址:激光是怎样形成的?作者:晏成和

激光与宇宙大爆炸(1

晏成和

一般常见光源如:日光、灯光、火光都是散射光,说明这普通光是由很宽范围内的不同频率光波混杂而成。人们对光的频率混杂、方向发散司空见惯,常用光芒四射来表达普通光源的光。


1960年美国贝尔实验室的梅曼等人制造了世界第一台激光器,发出了频率集中(单色)、方向集中(定向)的新光源——激光,揭开了科学技术的新篇章。第二年,我国的科技人员也研制成功了红宝石固体激光器。

接下来,人们研制了半导体激光器(1962年),染料液体激光器,氦氖气体激光器,以及电子激光器。


人们为什么对激光器如此有兴趣,因为激光有四大特点:

1、方向性好。激光是一束方向几乎不变、发散角度很小的平行光,在数公里外光斑扩散范围不过几厘米。

2、单色性好。激光具有十分单一的频率,频率稳定,波长几乎一致,光的颜色很纯,单色性非常好。

3亮度很大。由于方向性好,频率稳定,能够把能量在极短的时间内释放,形成超短光脉冲,于是形成光能在空间和时间上的高度集中,光能如此集中,亮度自然就大。

4相干性好。激光不仅频率稳定,而且光束横截面两点之间的相位差不随时间变化,所以激光具有很好的相干性。

由于激光具有以上特点,可以在激光测距、激光加工、激光治疗、激光雷达、激光制导、激光武器等方面得到广泛的应用。

 

激光能有这样些突出特点令人向往,我们先来见识激光(发生)器的结构,再来看激光是怎么形成。图一,是红宝石激光器的简图,激光器一般由激励能源(闪光灯、反射罩),谐振腔(两端各一个反射镜)、发生物质(红宝石棒)三个部分组成。

[转载]激光是怎样形成的?

  

                 图一  红宝石激光器

工作时,首先激励能源通电,氙闪光灯发出高频强光(散射光),直接照射和周围反射罩的聚光把强光都聚集在发生物质——红宝石上。


红宝石的主要成分是三氧化二铝晶体,并渗有万分之五的氧化铬,掺杂提高了晶体中部分价和电子速率,还增加了价电子吸收辐射提高自身速率的趋势。红宝石吸收径向聚集强光的辐射,提高了自身的核外电子的速率,并向低能量方向发出辐射。因为红宝石径向受强光照射,只有轴向是低能区域,于是受光的红宝石向轴向发出辐射。由于晶体的核外电子速率是相等的,所以轴向发出辐射的频率基本相同。


谐振腔由装置在红宝石晶体轴向两端、相隔一定距离的两片反光镜组成,后片为全反射镜,前片为95%的反射镜。受到强光照射的红宝石沿轴向所发出的辐射碰到反射镜、在两片反光镜之间穿过红宝石晶体,来回反射、反复穿行。红宝石规则的晶体、等速的价和电子使得穿行光波的频率、相位更趋向一致,光强迅速增强放大,并从反射率小的前端小孔发射输出,形成激光。


正是因为激光器中发生物质——红宝石原子的核外电子规律定速的运动,才能辐射出频率稳定、相干性好的激光。如果核外电子都是无规律的电子云,哪来单色性好,相位差一致的激光?


具有四大特性激光的发生,给核外电子规律运转提供了有力的实验证明;给核外电子规律运转所伴生着波;给核外电子吸收外界辐射、向外界发射辐射,与外界进行着频繁交流的自然事实提供了有力的实验证明。除晶体外,液体、气体都能作为激光发生物质,说明核外电子规律运动是物质的普遍属性,正是因为物质的核外电子规律定速的运转,才能辐射出频率稳定、相干性好的激光。


激光形成的事实:红宝石沿轴向所发出的电磁波,在红宝石的规则晶体、等速的价和电子之间反复穿行,使得光波得到规整,频率、相位更趋向一致。给我们提供了一个重要概念——运行中的电磁波的频率、相位在外界条件规整、梳理作用下是能够改变的。

                              2014-5-2

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