激光的机制
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激光是一种特殊的电磁波.激光的产生是100 多年來科学家深入研究电现象、磁现象和光现象的结晶.激光的直接创始人, 可以追溯到当代伟大的科学家爱因斯坦.爱因斯坦得过一次诺贝尔奖金.有趣的是, 他得奖并不是由於举世闻名的相对论, 而是因为他在1905 年提出的光量子假說.根据這个假說: 光是由许许多多光子组成的, 不同颜色的光由不同能量的光子组成.爱因斯坦用這种假說解释光电效应获得了惊人的成功.1916 年, 爱因斯坦在《关於辐射的量子论》论文中提出原子中的电子可以受"激"而放出光子.這种受激辐射的过程就是产生激光的基本物理原理.
激光這个名词是从英文单词"Laser"翻译过來的.最初, 根据它的英文发音, 译成"莱塞"、"镭射"等, 不明其理的人看了简直莫名其妙.后來, 有人根据它的意思, 翻译成"受激辐射光".显然, 這个译名的含义清楚, 而且把它跟普通光的区别明确地表示了出來, 但字数太多, 读起來不方便. 1965 年, 我国一些著名科学家建议, 把"受激辐射光"缩写成"激光"两字, 這样就比较简明顺口了.
发光有两种形式.自发辐射是发光的一种形式.除此之外, 还有另一种发光形式, 那就是受激辐射.什么是受激辐射呢? 這就是說, 原來处在高能级的原子, 还可以在其他光子的刺激或感应下, 跃迁到低能级, 同时发射出一个同样能量的光子.由於這一过程是在外來光子的刺激下产生的, 所以叫做受激辐射.有趣的是, 新产生的光子与外來光子具有完全相同的状态, 即频率一样、波长一样、方向一样.
只要产生一次受激辐射, 就能使一个光子变成两个光子, 這两个光子又会引起其他原子发生受激辐射, 於是, 在极短的瞬间内激发出无以数计的光子, 实际上就將光放大了.在這种情况下, 只要辅以必要的设备, 就可以形成具有完全相同频率和相同方向的光子流, 這就是激光.而放大光的设备, 就是激光器.
在1953 年, 根据爱因斯坦的受激辐射原理, 美国物理学家汤斯研制成功了微波放大器.
1960 年9 月, 激光终於在美国年轻的物理学家梅曼手中诞生.梅曼的激光器中使用了一根人造红宝石作为发光物质, 以强光作为激光源.红宝石是一种人工制造的晶体.当梅曼用氙灯的闪光照射红宝石时, 实验室里突然发射出一束深红色的光, 其亮度达到太阳表面亮度的四倍.這束振奋人心的耀眼光束就是激光.
大约半年后, 我国也研制出一台红宝石激光器.
激光器由发光物质(介质)、管状谐振腔和激光源三部分组成.许多物质都可以产生激光, 但不同的物质产生的激光在物理性能上有所不同.激光器的工作方式以发射出的激光持续时间长短分为连续、脉冲、巨脉冲和超短脉冲四种. |