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激光的特點

發布時間:2018-05-30

激光的特點
 
與一般光相比,激光具有四個特點:
 
(1)亮度高
 
由于激光的發射能力強和能量的高度集中,所以亮度很高,它比普通光源高億萬倍,比太陽表面的亮度高幾百億倍。亮度是衡量一個光源質量的重要指標,若將中等強度的激光束經過會聚,可在焦點出產生幾千到幾萬度的高溫。

(2)方向性好
 
激光發射后發散角非常小,激光射出20公里,光斑直徑只有20——30厘米,激光射到38萬公里的月球上,其光斑直徑還不到2公里。

(3)單色性好
 
光的顏色由光的不同波長決定,不同的顏色,是不同波長的光作用于人的視覺的不同而反映出來。激光的波長基本一致,譜線寬度很窄,顏色很純,單色性很好。由于這個特性,激光在通信技術中應用很廣。

(4)相干性好
 
相干性是所有波的共性,但由于各種光波的品質不同,導致它們的相干性也有高低之分。普通光是自發輻射光,不會產生干涉現象。激光不同于普通光源,它是受激輻射光,具有極強的相干性,所以稱為相干光。


激光原理:

光與物質的相互作用,實質上是組成物質的微觀粒子吸收或輻射光子,同時改變自身運動狀況的表現。
 
微觀粒子都具有特定的一套能級(通常這些能級是分立的)。任一時刻粒子只能處在與某一能級相對應的狀態(或者簡單地表述為處在某一個能級上)。與光子相互作用時,粒子從一個能級躍遷到另一個能級,并相應地吸收或輻射光子。光子的能量值為此兩能級的能量差△E,頻率為ν=△E/h(h為普朗克常量)。
 
1.受激吸收(簡稱吸收)
 
處于較低能級的粒子在受到外界的激發(即與其他的粒子發生了有能量交換的相互作用,如與光子發生非彈
性碰撞),吸收了能量時,躍遷到與此能量相對應的較高能級。這種躍遷稱為受激吸收。
 
2.自發輻射
 
粒子受到激發而進入的激發態,不是粒子的穩定狀態,如存在著可以接納粒子的較低能級,即使沒有外界作用,粒子也有一定的概率,自發地從高能級激發態(E2)向低能級基態(E1)躍遷,同時輻射出能量為(E2-E1)的光子,光子頻率 ν=(E2-E1)/h。這種輻射過程稱為自發輻射。眾多原子以自發輻射發出的光,不具有相位、偏振態、傳播方向上的一致,是物理上所說的非相干光。
 
3.受激輻射、激光
 
1917年愛因斯坦從理論上指出:除自發輻射外,處于高能級E2上的粒子還可以另一方式躍遷到較低能級。他指出當頻率為 ν=(E2-E1)/h的光子入射時,也會引發粒子以一定的概率,迅速地從能級E2躍遷到能級E1,同時輻射一個與外來光子頻率、相位、偏振態以及傳播方向都相同的光子,這個過程稱為受激輻射。

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