激光產(chǎn)生原理

量子理論認(rèn)為,所有物質(zhì)都是由各種微觀"粒子”組成，如分子、原子、質(zhì)子、中子、電子等。在微觀世界里，各種粒子都有其固有的能級(jí)結(jié)構(gòu)。當(dāng)一個(gè)粒子從高能級(jí)掉到低能級(jí)時(shí),根據(jù)能量守恒定律，它要把兩個(gè)能級(jí)相差部分的能量釋放出來,通常這個(gè)能量以光和熱兩種形式釋放出來。

普通電燈炮的工作原理是燈絲吸收電的能量,燈絲中的各種粒子被電能推到較高的能級(jí)，因?yàn)楦吣芗?jí)是不穩(wěn)定的,它有向下能級(jí)躍遷的傾向，當(dāng)處在高能級(jí)的粒子向低能級(jí)躍遷時(shí),燈絲就發(fā)光,同時(shí)發(fā)熱。燈絲的發(fā)光輻射是隨機(jī)的，各種能級(jí)上的粒子向下躍遷時(shí)輻射不同波長(zhǎng)的光沒有相關(guān)性，這被稱為自發(fā)輻射。

而激光不同,科學(xué)家通過精心設(shè)計(jì)激光器的結(jié)構(gòu),讓某一個(gè)能級(jí)對(duì)的輻射被放大，而其它能級(jí)對(duì)的輻射沒有被放大或者被抑制。在激光器里，當(dāng)一個(gè)粒子向下輻射并發(fā)射光子時(shí),這個(gè)光子會(huì)感應(yīng)激勵(lì)其它粒子輻射同樣的光子,這是一個(gè)雪崩復(fù)制的過程，所以激光器輻射的光具有相關(guān)性,這個(gè)過程被稱為受激輻射。

激光的特點(diǎn)(與普通光源比較)

1、方向性好

普通光源(太陽、白熾燈或熒光燈)向四面八方發(fā)光，而激光的發(fā)光方向可以限制在小于幾個(gè)毫弧度立體角內(nèi) ,這就使得在照射方向上的照度提高千萬倍。激光準(zhǔn)直、導(dǎo)向和測(cè)距就是利用方向性好這一特性。

2、亮度高

激光是當(dāng)代zui亮的光源，只有氫彈爆炸瞬間強(qiáng)烈的閃光才能與它相比擬。太陽光亮度大約是103瓦/ ( 厘米2.球面度)， 而一臺(tái)大功率激光器的輸出光亮度經(jīng)太陽光高出7 ~ 14個(gè)數(shù)量級(jí)。這樣，盡管激光的總能量并不一定很大，但由于能量高度集中，很容易在某一微小點(diǎn)處產(chǎn)生高壓和幾萬攝氏度甚至幾百萬攝氏度高溫。激光打孔、切割、焊接和激光外科手術(shù)就是利用了這一特性。

3、單色性好

光是種電磁波。 光的顏色取決于它的波長(zhǎng)。普通光源發(fā) 出的光通常包含著各種波長(zhǎng) ，是各種顏色光的混合。太陽光包含紅、登、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種顏色的可見光及紅外光、紫外光等不可見光。而某種激光的波長(zhǎng)，只集中在+分窄的光譜波段或頻率范圍內(nèi)。如氦氖激光的波長(zhǎng)為632.8納米,其波長(zhǎng)變化范圍不到萬分之一納米。由于激光的單色性好,為精密度儀器測(cè)量和激勵(lì)某些化學(xué)反應(yīng)等科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供了極為有利的手段。

4、干涉性好

干涉是波動(dòng)現(xiàn)象的一種屬性。基于激光具有高方向性和高單色性的特性，它必然相干性極好。激光的這一特性使全息照相成為現(xiàn)實(shí)。