怎樣制造激光?
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時(shí)間:2024-08-17 14:35:03
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怎樣制造激光?【專家解說(shuō)】:激光的基本原理1、自發(fā)輻射與受激輻射自發(fā)輻射是在沒(méi)有任何外界作用下,激發(fā)態(tài)原子自發(fā)地從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷,同時(shí)輻射出一光子。hn=E2-E1。設(shè)發(fā)光物質(zhì)
【專家解說(shuō)】:激光的基本原理
1、自發(fā)輻射與受激輻射
自發(fā)輻射是在沒(méi)有任何外界作用下,激發(fā)態(tài)原子自發(fā)地從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷,同時(shí)輻射出一光子。hn=E2-E1。
設(shè)發(fā)光物質(zhì)單位體積中處于能級(jí)E1,E2的原子數(shù)分別為N1,N2,則單位時(shí)間內(nèi)從E2向E1自發(fā)輻射的原子數(shù)為
A21為自發(fā)輻射概率(自發(fā)躍遷率):表示一個(gè)原子在單位時(shí)間內(nèi)從E2自發(fā)輻射到E1的概率。
處于高能級(jí)E2上的原子,受到能量為hn= E2- E1的外來(lái)光子的激勵(lì),由高能級(jí)E2受迫躍遷到低能級(jí)E1,同時(shí)輻射出一個(gè)與激勵(lì)光子全同的光子。稱為受激輻射。
W21為表示一個(gè)原子在單位時(shí)間內(nèi)從E2受激輻射躍遷到E1的概率。
2、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)
受激吸收與E1的原子數(shù)N1成正比,受激輻射與E2的原子數(shù)N2成正比。當(dāng)N2《N1時(shí)發(fā)生受激輻射遠(yuǎn)少于發(fā)生受激吸收,是不可能實(shí)現(xiàn)光放大的.要實(shí)現(xiàn)光放大,必須采取特殊措施,打破原子數(shù)在熱平衡下的玻耳茲曼分布,使N2>N1。我們稱體系的這種狀態(tài)為粒子數(shù)反轉(zhuǎn) (或“負(fù)溫度”體系)。所以,產(chǎn)生激光的首要條件是實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。
能夠?qū)崿F(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的介質(zhì)稱為激活介質(zhì)。要造成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布,首先要求介質(zhì)有適當(dāng)?shù)哪芗?jí)結(jié)構(gòu),其次還要有必要的能量輸入系統(tǒng)。供給低能態(tài)的原子以能量,促使它們躍遷到高能態(tài)去的過(guò)程稱為抽運(yùn)過(guò)程。
3、光學(xué)諧振腔
在激光器中利用光學(xué)諧振腔來(lái)形成所要求的強(qiáng)輻射場(chǎng),使輻射場(chǎng)能量密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于熱平衡時(shí)的數(shù)值,從而使受激輻射概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自發(fā)輻射概率。
光學(xué)諧振腔的主要部分是兩個(gè)互相平行的并與激活介質(zhì)軸線垂直的反射鏡,有一個(gè)是全反射鏡,另一個(gè)是部分反射鏡。在外界通過(guò)光、熱、電、化學(xué)或核能等各種方式的激勵(lì)下,諧振腔內(nèi)的激活介質(zhì)將會(huì)在兩個(gè)能級(jí)之間實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。這時(shí)產(chǎn)生受激輻射,在產(chǎn)生的受激輻射光中,沿軸向傳播的光在兩個(gè)反射鏡之間來(lái)回反射、往復(fù)通過(guò)已實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的激活介質(zhì),不斷引起新的受激輻射,使軸向行進(jìn)的該頻率的光得到放大,這個(gè)過(guò)程稱為光振蕩。這是一種雪崩式的放大過(guò)程,使諧振腔內(nèi)沿軸向的光驟然增強(qiáng),所以輻射場(chǎng)能量密度大大增強(qiáng),受激輻射遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)自發(fā)輻射.這種受激的輻射光從部分反射鏡輸出,它就是激光。沿其他方向傳播的光很快從側(cè)面逸出諧振腔,不能被繼續(xù)放大。而自發(fā)輻射產(chǎn)生的頻率也得不到放大。因此,從諧振腔輸出的激光具有很好的方向性和單色性。
激光的特性
1、單色性好
2、方向性好
3、相干性好
4、能量集中
激光的應(yīng)用
1、激光測(cè)距
2、激光加工與激光醫(yī)療
3、光信息處理和激光通信
4、激光在受控核聚變中的應(yīng)用
5、激光的非線性效應(yīng)
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