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        激光是什么

        2017-06-06 14:19:03來源:收集整理

        激光就是y射線嗎?還是a、B、y射線的混合,或者是其他呢?簡單的給你答案吧,激光不是Y射線,也不是a、0、y射線的混合,而是通過一種特別的機制,利用折騰電子的方式,產生的一種電磁波。這種電磁波能量可大可校y射線本質上也是一種電磁波,但它是折騰原子核的方式產生的,原子核幾乎集中了原子所有的質量,所以定性的想想,折騰原子核射出去的電磁波應該會比折騰電子射出去的強很多了,其實真實情況也是這樣的。大部分y射線比x射線強得多。

        那什么是激光呢?中文翻譯其實挺言簡意賅的,就是受到激發后出來的光埃它英文名是LASER,五個字母其實都是縮寫,全稱是受激輻射光放大。那我們就仔細說說什么叫受激輻射的發光。咱們先看看普通的光源為什么會發光:比如像燈光、火光,它們是接收到能量以后,原子中的電子會吸收外界能量,注意是電子吸收了能量后,從低能級蹦到高能級上,就像蹦臺階一樣,但電子能站在第二級臺階上的時間短的可憐:一上去馬上就下來。就在下來的時候,把剛剛吃掉的那份能量就又吐出去了,吐出去就是以放出一份光子的方式實現的。

        不過某種物質,如果你就是這么隨隨便便放在一個環境里,基本上說只要溫度還是幾千度以下,那簡直沒什么電子能激發到第二層臺階,到第三層臺階那就更沒可能了。有多少比例的電子去了2層、3層是有物理公式描述的,這些電子的分布滿足一個叫做玻爾茲曼的分布規律。簡單的說能爬到更高能級的電子的數量隨著能級升高,呈指數的下降,而且這個指數的數字還不小呢。比如說在20℃下:氫原子中處于最低能級的電子的數量是處于僅僅比它高一級的第二級能級電子數量的2.718的400次方,所以就算把溫度提高到幾百上千度,也依然對這個懸殊的比例沒什么提升。而且這個過程是很隨機的,那些自發輻射出的光子的方向往哪邊的都有,相位也不一樣,也有個別是從第三級往最低級跳的,這就是普通物體的發光,室溫下幾乎不可能看出來什么,溫度特別高時,開始展現出一些顏色。

        但這些和激光完全沒法比,差距就體現在發光的統一上,激光射出來的光子都是一個方向,都是一個頻率都是一個相位。這些是怎么做到的呢?這得先找到一些特殊的晶體結構,這些晶體如果你給它加電場,或者持續用粒子轟擊這類晶體,就會讓電子的分布出現奇特的現象,就不是所有電子都趴在最低能級了,會有相當多的電子被往上拋到第3能級,或者更高的能級,然后這些電子還會往下落一下,比如這時候它們被扔到第三能級后,最終都安安穩穩趴在第二能級反正就是很奇特,它們竟然可以在第二能級待好久,比如幾毫秒。我們就是要抓住這種電子分布的大反轉,再用一個固定頻率的光照射這個晶體,這個光的頻率大都是從它當前那個能級往下跌落一個能級的,這兩個能級差對應的就是光子的頻率。這時候受激輻射就開始發生了,晶體就會發出跟誘發它的光完全一樣的光子出來,頻率一樣,發射方向一樣,偏振方向一樣,波的相位都完全一樣。而且你射入一個誘發的光子,那邊出來的就是多個同樣的光字,這就是一種放大效果,所以激光的英語LASER中第二個字母A,AmmhCon,就是放大的意思了。這個道理明白了,你就知道當我們掌握描述晶體的理論后可以計算很多事情,首先就是一個指定的晶體,它的電子能級分布是什么樣的,外加電場需要調整到怎樣的形式,就有可能讓晶體的電子排布來一個反轉。而且反轉過后,我們應該用什么頻率的光來激發它,激發出來的光是什么顏色的?放大的程度有多少。比如最早計算出來的就是用紅寶石晶體做的,紅寶石是什么呢,就是純凈的三氧化二鋁晶體。通過計算,在里面摻萬分之五的氧化鉻,用高壓氙燈把鉻的電子激發到第三能級,這些電子被拋上去后,很快墜落到第二能級,然后就穩定了,這時候再算算這個晶體中氧化鉻的第一能級和第二能級的差,把能量差對應的光子頻率找出來,是694.3nm波長的光,這正好落在可見光范圍,是紅色的。就用這種光照射那個摻雜了的紅寶石.就會出現紅色激光了。上面大致就是激光發射的原理這背后就是量子力學應用在晶體上的成果;A科學有什么用?1920幾年你問玻爾、海森堡、泡利、薛定諤,他們也不知道:但一個完全體系的新理論遲早會改變世界的。

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