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現(xiàn)代科技的結(jié)晶:激光器,是如何誕生的

發(fā)布日期:2018-10-12  華人噴碼網(wǎng)  來(lái)源:今日頭條
核心提示激光器就是能產(chǎn)生激光的儀器。在激光原理提出的幾十年里,普通光源依然是自發(fā)輻射占主導(dǎo)地位,在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi),人們還不能控制電子的微觀運(yùn)動(dòng)過(guò)程,因而未能找到在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)激光占主導(dǎo)地位的途徑。例如,在實(shí)際使用
激光器就是能產(chǎn)生激光的儀器。在激光原理提出的幾十年里,普通光源依然是自發(fā)輻射占主導(dǎo)地位,在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi),人們還不能控制電子的微觀運(yùn)動(dòng)過(guò)程,因而未能找到在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)激光占主導(dǎo)地位的途徑。例如,在實(shí)際使用的激光器中,其光源并不是激光,即受激輻射過(guò)程的原始光信號(hào)并不是來(lái)源于外界,而是來(lái)源于激光器內(nèi)的自發(fā)輻射。自發(fā)輻射的光在發(fā)射方向上是完全無(wú)規(guī)則的,如同普通光源發(fā)出的光一樣。怎樣使它成一個(gè)方向呢?顯然這是技術(shù)上的問(wèn)題而非科學(xué)所能解決的。
5-1
本世紀(jì)50年代,湯斯、巴索夫和普羅霍羅夫發(fā)明了微波激射器,這種激射器中分子的振蕩能獲得厘米波,此外,人們對(duì)電子共振振蕩研究發(fā)現(xiàn),它可以產(chǎn)生電波。
人們?cè)谑褂秒娮庸艿奈⒉ㄕ袷帟r(shí),發(fā)現(xiàn)微波的波長(zhǎng)愈短,振蕩就愈困難。但有意思的是,解決這個(gè)難題的不是電子,而是利用原子或分子微波產(chǎn)生振蕩
這一原理指出,激光器應(yīng)由工作物質(zhì)、激勵(lì)源及諧振腔三個(gè)基本部分組成。
工作物質(zhì)實(shí)際上就是放大介質(zhì),對(duì)它的要求是:這種物質(zhì)中的原子從激發(fā)態(tài)恢復(fù)成基態(tài)的過(guò)程中,要有一個(gè)中間狀態(tài)存在,原子在中間狀態(tài)停留的時(shí)間比在激發(fā)態(tài)停留的時(shí)間要長(zhǎng)得多。由于有這一狀態(tài)(亞穩(wěn)態(tài))存在,在外界的不斷刺激下,就可以使處于這一狀態(tài)的原子在數(shù)量上比處于基態(tài)的原子要多。
5-2
技術(shù)人員根據(jù)這一要求開(kāi)始尋找工作物質(zhì),結(jié)果發(fā)現(xiàn),在自然界中的許多物質(zhì),甚至幾乎在所有的物質(zhì)形式中(原子氣體、分子氣體、有機(jī)染料、固體中的晶體、玻璃及半導(dǎo)體等),都找到了能提供激光工作狀態(tài)的物質(zhì)。從氟、氯、溴、碘到鈉、鉀、銫、銣;從氫、氧、氮、水到金、銀、銅、鐵;從紅墨水、藍(lán)墨水到紅寶石、藍(lán)寶石都可以做放大介質(zhì)。這些物質(zhì)都有絕妙的本領(lǐng),能使某個(gè)特定頻率的光得到放大。但為了研制性能更加優(yōu)越的激光器,對(duì)放大介質(zhì)也必須進(jìn)行選擇。正因?yàn)槿绱?,才有今天的氣體激光器(氦—氖激光器,氮?dú)饧す馄?,二氧化碳激光器)?a href="http://www.sxsx8.com">液體激光器(染料激光器)、固體激光器(紅寶石激光器、釔鋁石榴石激光器)和半導(dǎo)體激光器(砷化鎵激光器)。而每一種激光器又因?yàn)樗鼈兊牟ㄩL(zhǎng)和工作方式不同,因而用途也就不盡相同。
5-3
激勵(lì)源是不斷地給產(chǎn)生受激輻射的原子或分子以激發(fā)能量的裝置。激勵(lì)源的激發(fā)方法有許多種,可以是光激發(fā)、電激發(fā)和化學(xué)反應(yīng)激發(fā)等。世界第一臺(tái)激光器就是以紅寶石作工作介質(zhì),以閃光燈作激勵(lì)源的。
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