激光及其应用

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1、激光及其应用1917年，爱因斯坦考虑，若一个处于激发态的原子受到一个光子的撞击，且这光子具有和使它处于激发态的光子的能量相同。他证明了这时原子将发射出相同的能量并跃迁至较低态。产生(或激发)这种发射的光子本身不受影响，这一过程被称为受激发射。这时离开原子的两个光子，不仅具有相同的波长，而且是同步的。这两个光子中的任何一个可以再撞击其他的激发态原子，并产生与其同步的另外的光子。若这一过程持续下去，则可雪崩般地产生大量的光子，它们都具有相同的波长，且同时具有最大值和最小值。为使这一过程发生，就必须符合一

2、定的条件。首先，当然要有处于激发态的其他原子。再者，要有能收集到这种能用于撞击激发态原子的光子。1959年，一种能同时满足这两个条件的装置问世了，它被称为激光器(1aser)。英语中激光一词为首字母缩略词，全称为“通过受激辐射产生光放大”。一个原子在激光器中受激发射时，称为光激射。激光器中的原子可以采用不同的方式被抽送或泵浦到激发态。波长短于激光的强闪光就能泵浦原子。强闪光产生的能量较大的光子与光激射原子发生碰撞并激发它时，一个原子跃迁到较低的能态上，引发了光子雪崩般地产生。于是，产生了短暂的或脉冲

3、式激光的发射。还有一种方法，那就是利用诸如氖灯中连续放电的方法将原子变成激发态。这个过程产生的激光是连续的，而不再是脉冲式的了，氦一氖激光器发出的就是连续激光。放电激发了氦原子，它们与氖原子碰撞，将它们泵浦至激发态，使之产生激光。原子发射的光子可由含有这种原子的两端平行放置镜面的玻璃管收集。其中一个镜面的反射率为100％，即能将所有射到它上面的光反射回去，而另一个镜面是部分反射，它让大约只有1％的一部分透射过去。当光子射到一个处于激发态的原子上时，就激发这原子使它跃迁到较低的能态。于是，两个光子离开

4、了原子。这些光子又撞击其他的原子并产生更多的光子，从而引发了光子雪崩式的激增。射向管子一端的光子被镜面反射回气体。反射光子每次经过两镜面之间，都会增加光子数使光的强度增大。从管的部分反射镜面上射出的光子就形成激光束。因为平面镜的存在，激光是有非常强的方向性。激光束非常细，通常直径只有O．5mm，故它的光非常强。光束中所有光子的波长相同，即是单色性，这是因为电子只在所涉及的一种原子的两个能级间跃迁。因为所有的受激发射光子与击到原子上的光子同步，故激光是相干光。很多物质，无论是固体、液体或气体，都能以这

5、种方式发射激光。大多数激光器仅产生一种波长的激光。例如，氖激光器只产生红光，氩激光器只产生蓝光，氦一镉激光器只产生绿光等。然而，有些激光器产生的光在一定的波长范围内是可调节的。下表显示了一些常见激光器常见激光器介质波长2／nm类型单位：金太阳教育　姓名：刘占想　E_mail：lzx4149999@163.com氮氦一镉氩离子氪离子氖镓铝砷红宝石砷化镓。钕二氧化碳337(UV※)441.6476.5,488.O，514.5524.5632.8680694.3840—1350(IR※)l040(IR※)

6、10600(IR※)脉冲连续连续连续连续连续脉冲连续脉冲连续※UV表示紫外，IR※表示红外。+砷化镓激光器的输出波长取决于温度。所有激光器都是低效率的。不超过1％的输人激光器的电能被转化成光能。尽管激光器的效率很低，但激光所特有的性质使其得到了广泛的应用。激光束很细且具有极强的方向性，经极远的距离也不会发散开，因此在勘测中得到了广泛的应用。激光束还被用来检查隧道或管线的取直程度。当宇航员登月时，就在月球表面留下一面镜子，用它反射科学家从地球上发射过去的激光。用这种方法精确地测出了月球和地球间的距离。

7、由于激光是非常好的平行光，用它来测量距离可以达到很高的精度。对准目标发出一个极短时间的激光脉冲，测出激光从发射到反射回发射点经过的时间￡，就可以按公式求出从激光发射点到被测目标的距离，式中的c是光速。实际上按着这种原理设计制造的激光测距仪就是一种激光雷达。多用途的激光雷达不仅可以测量距离，而且能够测定被测目标的方位、运动速度、运动轨迹，甚至能描绘出目标的形状，进行识别和自动跟踪。所以激光雷达可以用在导航、气象、天文、大地测量、军事和人造卫星、宇宙飞船等方面。激光还被用于光纤光学中。光纤利用全反射来传

8、输光，在数十米的距离上只有很小的损耗。激光快速地开、关，就将信息通过光纤传输了出去。在很多城市中，光纤已经取代铜导线来传输电话信号、计算机数据甚至电视图像。激光器发出的单一波长的光，使激光器对光谱学很有价值。激光被用于激发其他的原子，然后原子又返回到基态，发射出特征光谱。原子数非常小的样品可用这种方法分析。事实上，单个原子已经用激光激发的方法探测到了，并用激光束将其“囚禁”住。激光因具有能量集中的特点，因而在很多方面得到了应用。如果把强大的激光束会聚起来照射到物体上，