激光

取自 ArchWiki

  本条目源自维基百科（您可以对本条目进行修订，但请不要删除这段声明，除非你的修订使本条目与原来的相差太远。中国大陆可能无法访问维基百科，因为被GFWed了。）

Template:Redirect2 Template:NoteTA 激光（-{zh-cn:台湾译雷射，香港译镭射;zh-tw:中國大陸譯激光，香港譯鐳射;zh-hk:中國大陸譯激光，台灣譯雷射}-；英語：Laser，全稱Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，意思是“通过受激辐射线的放射达到光的放大”）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，產生激光需要“共振腔”（resonator）、“增益介質”（gain medium）及“激發來源”（pumping source）這三個要素。 Image:Military laser experiment.jpg

[编辑] 原理

Image:Laser.svg

Image:Starfire Optical Range - three lasers into space.jpg

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。

粒子数反转

在一个二级系统中，一个电子自低能级向高能级跃迁和自高能级向低能级跃迁的概率是一样的。为了达到光的加强，在高能级必须有更多的电子，使得受激辐射发生的概率更高。这个状态称为占据逆转。出于这个原因二级系统是无法实现激光的。激光更多是通过三级系统和四级系统得到实现。在三级系统中，电子受激跃迁到高能级后，便很快转为亚稳态。由此激光媒介被激发为高能态，占据逆转得到实现。

[编辑] 分类

根据产生激光的媒质，可以把激光器分为液體激光器、气体激光器和固体激光器等。而現在最常見的半導體激光器算是固体激光器的一種。

气体激光器

介质是气体的激光器，此种激光器通过放电得到激发。

氦氖激光器：最重要的红光放射源（632,8 nm ）。

二氧化碳激光器：波长约10,6 μm （红外线），重要的工业激光。

一氧化碳激光器：波长约 6-8 μm （红外线），只在冷却的条件下工作。

氮气激光器：337,1 nm (紫外线)。

氩离子激光器：具有多个波长，457,9 nm (8%), 476,5 nm (12%), 488,0 nm (20%), 496,5 nm (12%), 501,7 nm (5%), 514,5 nm (43%) （由蓝光到绿光）。

氦镉激光器：最重要的蓝光(442nm) 和近紫外激光源(325nm)。

氪离子激光器 :具有多个波长，350,7nm; 356,4nm; 476,2nm; 482,5nm; 520,6nm; 530,9nm; 586,2nm; 647,1nm (最强); 676,4nm; 752,5nm; 799,3nm (从蓝光到深红光)。

氧离子激光器

氙离子激光器

混合气体激光器：不含纯气体，而是几种气体的混合物（一般为氩，氪等）。

准分子激光器：比如，KrF (248 nm), XeF (351-353 nm), ArF (193 nm), XeCl (308 nm), F2 (157 nm) (均为紫外线)。

金属蒸汽激光器：比如铜蒸汽激光器，波长介于510,6 和 578,2 nm之间。由于很好的加强性，可以不用谐振镜。

金属卤化物激光器：比如溴化铜激光器，波长介于510,6 和 578,2 nm之间。由于很好的加强性，可以不用谐振镜。

化学激发激光器是一种特殊的形式。激发通过媒介中的化学反应来进行。媒介是一次性的，使用后就被消耗掉了。对于高功率的条件及军事领域是非常理想的。

盐酸激光器

碘激光器

[编辑] 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。光学谐振腔的作用，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。

[编辑] 应用

激光应用很广泛，主要有光纖通信, 激光光谱、激光测距、激光雷达、激光切割、激光武器、激光唱片等等。

[编辑] 历史

爱因斯坦在二十世纪三十年代描述了原子的受激辐射。在此之后人们很长时间都在猜测，这个现象可否被用来加强光场，因为前提是必须有占据逆转存在。而这在一个二级系统中是不可能的。首先人们想到了三级系统，而且计算证实了辐射的稳定性。

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。他们为此发表了重要论文。

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，P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。在八十年代后期，半导体技术使得更高效而耐用的半导体激光二极管成为可能，这些在小功率的CD和DVD光驱和光纤数据线中得到使用。在九十年代，高功率的激光激发原理得到实现，比如片状激光和纤维激光。后者由于新的加工技术和20kw的高功率不断地被应用到材料加工领域中，从而部分的替代了CO2激光和Nd:YAG-激光。千年之交激光的非线性得到利用，来制造X射线脉冲（来跟踪原子内部的过程）蓝光和紫外线激光二极管已经开始进入市场。现在，激光已成为工业，通讯，科学及电子娱乐中的重要设备。