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激光是谁发明的,到底有什么用?

来源:https://www.azjg.com 时间:2024-07-15 编辑:admin 手机版

激光是谁发明的,到底有什么用?

有关激光的理论最早由爱因斯坦于1917年提出。激光是由原子受激辐射出来的光。当原子从高能级跃迁到低能级会释放能量,就以光的形式辐射出来。普通光源就源于原子的自发辐射。相对于普通光源,激光单色性好、亮度高、方向性好。

激光存在的理论虽然提出来了,但是实现却很困难。主要原因是,原子同时存在受激辐射和受激吸收两个过程,受激辐射使光子数增加,受激吸收却使光子数减小。要想产生激光,必须使受激辐射强于受激吸收。即让处在高能级的粒子数大于处在低能级的粒子数,这被称之为粒子数反转。如何从技术上实现粒子数反转是产生激光的必要条件。

在爱因斯坦提出激光理论的40多年之后,美国物理学家查尔斯·汤斯终于解决了激光的技术应用难题,提出了用微波激发氨分子产生激光的设想,并在1958年与美国科学家肖洛共同发现了如何产生激光的原理。

他们发现物质在受到与其分子固有振荡频率相同的能量激发时,都会产生这种不发散的强光--激光。

时间来到了1960年,这一年,美国科学家西奥多·梅勒成功制造了世界上第一台激光器——红宝石激光器。同年,前苏联科学家尼古拉·巴索夫发明了半导体激光器。现在生活中常见的激光,都是由半导体激光器产生的。

激光是20世纪人类最重要的发明之一,毫不夸张,没有激光就没有信息时代。激光唱片、光纤通信、条形码扫描、激光打印、激光笔等,信息时代少不了它不行,日常生活离不开它。

激光被广泛用来测距,地月之间的平均距离误差能够小于一厘米;激光还被广泛用于工作生产,比如切割打孔、焊接、固件表面处理等;除此之外,还广泛应用于医疗美容,如激光祛痣、激光除皱、激光治疗近视等;在军事领域主要用于制造高能激光束武器,用于摧毁敌方目标,可以拦截敌方的导弹,摧毁敌方的卫星。

目前激光应用的最尖端最科幻的领域还是核聚变、光束牵引、激光帆等。激光被用来对核聚变装置进行点火,以及利用若干激光束组成的牢笼对高温高热的核聚变物质进行激光约束。看过星球大战的应该都知道光束牵引,没错,这不是科幻,现在科学家已经可以利用它移动微小的物体,目前主要应用于医疗领域。

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激光的资料

激光(Laser),它指通过受激辐射放大和必要的反馈,产生准直、单色、相干的光束的过程及仪器。而基本上,产生激光需要共振腔(resonator)、增益介质(gain medium)以及激发来源(pumping source)这三个要素。 原理 原子的运动状态可以分为不同的能级,当原子从高能级向低能级跃迁时,会释放出相应能量的光子(所谓自发辐射)。同样的,当一个光子入射到一个能级系统并为之吸收的话,会导致原子从低能级向高能级跃迁(所谓受激吸收);然后,部分跃迁到高能级的原子又会跃迁到低能级并释放出光子(所谓受激辐射)。这些运动不是孤立的,而往往是同时进行的。当我们创造一种条件,譬如采用适当的媒质、共振腔、足够的外部电场,受激辐射得到放大从而比受激吸收要多,那么总体而言,就会有光子射出,从而产生激光。 分类 根据产生激光的媒质,可以把激光器分为液体激光器、气体激光器和固体激光器等。而现在最常见的半导体激光器算是固体激光器的一种。 构成 激光器大多由激励系统、激光物质和光学谐振腔三部分组成。激励系统就是产生光能、电能或化学能的装置。目前使用的激励手段,主要有光照、通电或化学反应等。激光物质是能够产生激光的物质,如红宝石、铍玻璃、氖气、半导体、有机染料等。光学谐振控的作用,是用来加强输出激光的亮度,调节和选定激光的波长和方向等。 应用 激光应用很广泛,主要有 fiber communication, 激光测距、激光切割、激光武器、激光唱片等等 历史 1958年,美国科学家肖洛和汤斯发现了一种神奇的现象:当他们将内光灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时,晶体的分子会发出鲜艳的、始终会聚在一起的强光。根据这一现象,他们提出了激光原理,即物质在受到与其分子固有振荡频率相同的能量激励时,都会产生这种不发散的强光--激光。他们为此发现了重要论文。 肖洛和汤斯的研究成果发表之后,各国科学家纷纷提出各种实验方案,但都未获成功。1960年5月15日,美国加利福尼亚州休斯实验室的科学家梅曼宣布获得了波长为0.6943微米的激光,这是人类有史以来获得的第一束激光,梅曼因而也成为世界上第一个将激光引入实用领域的科学家。 1960年7月7日,梅曼宣布世界上第一台激光器由诞生,梅曼的方案是,利用一个高强闪光灯管,来刺激在红宝石色水晶里的铬原子,从而产生一条相当集中的纤细红色光柱,当它射向某一点时,可使其达到比太阳表面还高的温度。 前苏联科学家H.Γ.巴索夫于1960年发明了半导体激光器。半导体激光器的结构通常由P层、N层和形成双异质结的有源层构成。其特点是:尺寸小,耦合效率高,响应速度快,波长和尺寸与光纤尺寸适配,可直接调制,相干性好。

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