激光是如何工作的?


的激光(受激辐射光放大)是现代光学的一大胜利。通过利用一种被称为受激发射的量子力学效应,激光产生一种相干的、近乎单色的光子束。非激光光源通常会产生不同波长的非相干、非聚焦光束,禁止某些应用。

要制造激光器,必须有两个组成部分——增益介质和谐振光学谐振腔.对于增益介质,可以使用某些晶体、玻璃、气体、半导体甚至染色液体。增益介质由能量泵源(如电流或另一种激光)刺激。介质吸收能量,激发介质中粒子的状态。在达到一定的阈值(称为种群反转)后,穿过介质的光会产生更多的受刺激的发射或释放能量,而不是吸收能量。

谐振光学腔是一种特殊尺寸的腔体,一端是一面镜子,另一端是半镀银的镜子。这两个反射表面使困在里面的光通过增益介质来回反射,每通过一次就获得更大的能量。当这种效应趋于平稳时,增益被称为饱和,光就变成了真正的激光。不同的增益介质产生不同波长的激光。
激光器有连续激光器和脉冲激光器两种。连续激光器在大多数应用中更有用,但脉冲激光器的能量可能非常大。光束随时间发散的程度与其直径成反比。小光束发散很快,而大光束则保持相干。
当激光在1960年被贝尔实验室申请专利时,它不能立即得到任何应用,尽管光谱分析,干涉测量,雷达和核聚变被讨论为潜在的兴趣领域。今天,激光是最万能的技术奇迹之一,应用于数据存储和检索,激光切割、视力矫正、测量、测量、全息摄影和显示,甚至是核聚变。自20世纪80年代中期以来,最大可实现的激光脉冲强度呈指数增长。有一天,激光可能会被用来产生净能聚变反应,为整个人类提供能源。它们也可能被用来推动太阳帆进入外层空间的深处。

讨论的评论
普通的光由于波长和频率的变化而散射,而激光束是高度组织的光,所有光子以相同的频率和波长传播。
激光也成为许多电视节目和电影的魅力所在。我最喜欢的电影之一是80年代瓦尔·基尔默(Val Kilmer)的电影《真正的天才》(Real Genius),在那里,他们帮助建造了一个巨大的激光器,据说它强大到足以从外太空射击物体,在不知不觉中帮助一位教授制造了一种危险的武器。
电视剧《生活大爆炸》中也有一个关于激光的情节,主角是一群在加州一所大学从事物理学工作的人,他们制造了一台可以发射激光的机器,并将其反射到月球上。
激光真的占据了人们的想象力,即使是那些对科学不感兴趣的人。我承认,特别是当人们对激光知之甚少的时候,想出制造激光的奇思怪想甚至对我这个孩子来说都是很有趣的,当谈到幻想和想象力时,我更喜欢城堡和独角兽。
这并不能真正解释波是如何通过激光传播的。
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