關(guān)于激光的論文

【專家解說】：激光--人類創(chuàng)造的神奇之光 激光的最初中文名叫做“鐳射”、“萊塞”，是它的英文名稱LASER的音譯，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各單詞的頭一個字母組成的縮寫詞。意思是“受激輻射的光放大”。激光的英文全名已完全表達(dá)了制造激光的主要過程。1964年按照我國著名科學(xué)家錢學(xué)森建議將“光受激發(fā)射”改稱“激光”。 激光是20世紀(jì)以來，繼原子能、計算機、半導(dǎo)體之后，人類的又一重大發(fā)明，被稱為“最快的刀”、“最準(zhǔn)的尺”、“最亮的光”和“奇異的激光”。它的原理早在 1916 年已被著名的物理學(xué)家愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，但要直到 1958 年激光才被首次成功制造。激光是在有理論準(zhǔn)備和生產(chǎn)實踐 迫切需要的背景下應(yīng)運而生的，它一問世，就獲得了異乎尋常的飛快發(fā)展，激光的發(fā)展不僅使古老的光學(xué)科學(xué)和光學(xué)技術(shù)獲得了新生，而且導(dǎo)致整個一門新興產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)。激光可使人們有效地利用前所未有的先進(jìn)方法和手段，去獲得空前的效益和成果，從而促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展。 激光的產(chǎn)生原理: 受激輻射基于偉大的科學(xué)家愛因斯坦在1916年提出的一套全新的理論。這一理論是說在組成物質(zhì)的原子中，有不同數(shù)量的粒子(電子)分布在不同的能級上，在高能級上的粒子受到某種光子的激發(fā)，會從高能級跳到(躍遷)到低能級上，這時將會輻射出與激發(fā)它的光相同性質(zhì)的光，而且在某種狀態(tài)下，能出現(xiàn)一個弱光激發(fā)出一個強光的現(xiàn)象。這就叫做“受激輻射的光放大”， 一段激活物質(zhì)就是一個激光放大器。 激光的特點: (一)定向發(fā)光 普通光源是向四面八方發(fā)光。要讓發(fā)射的光朝一個方向傳播，需要給光源裝上一定的聚光裝置，如汽車的車前燈和探照燈都是安裝有聚光作用的反光鏡，使輻射光匯集起來向一個方向射出。激光器發(fā)射的激光，天生就是朝一個方向射出，光束的發(fā)散度極小，大約只有0.001弧度，接近平行。1962年，人類第一次使用激光照射月球，地球離月球的距離約38萬公里，但激光在月球表面的光斑不到兩公里。若以聚光效果很好，看似平行的探照燈光柱射向月球，按照其光斑直徑將覆蓋整個月球。 (二)亮度極高 在激光發(fā)明前，人工光源中高壓脈沖氙燈的亮度最高，與太陽的亮度不相上下，而紅寶石激光器的激光亮度，能超過氙燈的幾百億倍。因為激光的亮度極高，所以能夠照亮遠(yuǎn)距離的物體。紅寶石激光器發(fā)射的光束在月球上產(chǎn)生的照度約為0.02勒克斯(光照度的單位)，顏色鮮紅，激光光斑明顯可見。若用功率最強的探照燈照射月球，產(chǎn)生的照度只有約一萬億分之一勒克斯，人眼根本無法察覺。激光亮度極高的主要原因是定向發(fā)光。大量光子集中在一個極小的空間范圍內(nèi)射出，能量密度自然極高。 (三)顏色極純 光的顏色由光的波長(或頻率)決定。一定的波長對應(yīng)一定的顏色。太陽光的波長分布范圍約在0.76微米至0.4微米之間，對應(yīng)的顏色從紅色到紫色共7種顏色，所以太陽光談不上單色性。發(fā)射單種顏色光的光源稱為單色光源，它發(fā)射的光波波長單一。比如氪燈、氦燈、氖燈、氫燈等都是單色光源，只發(fā)射某一種顏色的光。單色光源的光波波長雖然單一，但仍有一定的分布范圍。如氪燈只發(fā)射紅光，單色性很好，被譽為單色性之冠，波長分布的范圍仍有0.00001納米，因此氪燈發(fā)出的紅光，若仔細(xì)辨認(rèn)仍包含有幾十種紅色。由此可見，光輻射的波長分布區(qū)間越窄，單色性越好。 激光器輸出的光，波長分布范圍非常窄，因此顏色極純。以輸出紅光的氦氖激光器為例，其光的波長分布范圍可以窄到2×10-9納米，是氪燈發(fā)射的紅光波長分布范圍的萬分之二。由此可見，激光器的單色性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過任何一種單色光源。 (四)能量密度極大 光子的能量是用E=hγ來計算的，其中h為普朗克常量，γ為頻率。由此可知，頻率越高，能量越高。激光頻率范圍3.846*10^(14)Hz到7.895*10^(14)Hz. 激光能量并不算很大，但是它的能量密度很大(因為它的作用范圍很小，一般只有一個點)，短時間里聚集起大量的能量，用做武器也就可以理解了。 目前激光技術(shù)及其應(yīng)用研究內(nèi)容包括: ⑴超快超強激光:超快超強激光主要以飛秒激光的研究與應(yīng)用為主，作為一種獨特的科學(xué)研究的工具和手段，飛秒激光的主要應(yīng)用可以概括為三個方面，即飛秒激光在超快領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用、在超強領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用和在超微細(xì)加工中的應(yīng)用。其中飛秒激光超微細(xì)加工是當(dāng)今世界激光、光電子行業(yè)中的一個極為引人注目的前沿研究方向。 ⑵新型激光器研究:激光測距儀是激光在軍事上應(yīng)用的起點，將其應(yīng)用到火炮系統(tǒng)，大大提高了火炮射擊精度。激光雷達(dá)相比于無線電雷達(dá)，由于激光發(fā)散角小，方向性好，因此其測量精度大幅度提高。由于同樣的原因，激光雷達(dá)不存在"盲區(qū)"，因此尤其適宜于對導(dǎo)彈初始階段的跟蹤測量。但由于大氣的影響，激光雷達(dá)并不適宜在大范圍內(nèi)搜索，還只能作為無線電雷達(dá)的有力補足。 ⑶激光醫(yī)療:激光在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用分為兩大類:激光診斷與激光治療，前者是以激光作為信息載體，后者則以激光作為能量載體。多年來，激光技術(shù)已成為臨床治療的有效手段，也成為發(fā)展醫(yī)學(xué)診斷的關(guān)鍵技術(shù)。它解決了醫(yī)學(xué)中的許多難題，為醫(yī)學(xué)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。現(xiàn)在，在基礎(chǔ)研究、新技術(shù)開發(fā)以及新設(shè)備研制和生產(chǎn)等諸多方面都保持持續(xù)的、強勁的發(fā)展勢頭。 ⑷激光化學(xué):激光化學(xué)的應(yīng)用非常廣泛。制藥工業(yè)是第一個得益的領(lǐng)域。應(yīng)用激光化學(xué)技術(shù)，不僅能加速藥物的合成，而又可把不需要的副產(chǎn)品剔在一旁，使得某些藥物變得更安全可靠，價格也可降低一些。又如，利用激光控制半導(dǎo)體，就可改進(jìn)新的光學(xué)開關(guān)，從而改進(jìn)電腦和通信系統(tǒng)。激光化學(xué)雖然尚處于起步階段，但其前景十分光明。 目前全球業(yè)界公認(rèn)的發(fā)展最快的、應(yīng)用日趨廣泛的最重要的高新技術(shù)就是光電技術(shù)。而在光電技術(shù)中，其基礎(chǔ)技術(shù)之一就是激光技術(shù)。21世紀(jì)的激光技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將支撐并推進(jìn)高速、寬帶、海量的光通信以及網(wǎng)絡(luò)通信，并將引發(fā)一場照明技術(shù)革命，小巧、可靠、壽命長、節(jié)能半導(dǎo)體(LED)將主導(dǎo)市場。光電技術(shù)將繼微電子技術(shù)之后再次推動人類科學(xué)技術(shù)的革命和進(jìn)步，激光產(chǎn)品已成為現(xiàn)代武器的"眼睛"和"神經(jīng)"。激光的研究必將對相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)步起到巨大推動作用。