激光是怎样产生的?
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发布时间：2022-05-07 09:55
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时间：2023-10-24 23:30
原理
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.
分类
根据产生激光的媒质,可以把激光器分为液体激光器、气体激光器和固体激光器等.而现在最常见的半导体激光器算是固体激光器的一种.
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.光学谐振控的作用,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.
应用
激光应用很广泛,主要有 fiber communication,激光测距、激光切割、激光武器、激光唱片等等
历史
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.他们为此发现了重要论文.
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,耦合效率高,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.
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时间：2023-10-24 23:30
原理
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.
分类
根据产生激光的媒质,可以把激光器分为液体激光器、气体激光器和固体激光器等.而现在最常见的半导体激光器算是固体激光器的一种.
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.光学谐振控的作用,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.
应用
激光应用很广泛,主要有 fiber communication,激光测距、激光切割、激光武器、激光唱片等等
历史
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.他们为此发现了重要论文.
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,耦合效率高,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.
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时间：2023-10-24 23:30
百度百科《激光》
光与物质的相互作用，实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子，同时改变自身运动状况的表现。
微观粒子都具有特定的一套能级（通常这些能级是分立的）。任一时刻粒子只能处在与某一能级相对应的状态（或者简单地表述为处在某一个能级上）。与光子相互作用时，粒子从一个能级跃迁到另一个能级，并相应地吸收或辐射光子。光子的能量值为此两能级的能量差△E，频率为ν=△E/h（h为普朗克常量）。
1.受激吸收（简称吸收）
处于较低能级的粒子在受到外界的激发（即与其他的粒子发生了有能量交换的相互作用，如与光子发生非弹
性碰撞），吸收了能量时，跃迁到与此能量相对应的较高能级。这种跃迁称为受激吸收。
2.自发辐射
粒子受到激发而进入的激发态，不是粒子的稳定状态，如存在着可以接纳粒子的较低能级，即使没有外界作用，粒子也有一定的概率，自发地从高能级激发态（E2）向低能级基态（E1）跃迁，同时辐射出能量为（E2-E1）的光子，光子频率 ν=（E2-E1）/h。这种辐射过程称为自发辐射。众多原子以自发辐射发出的光，不具有相位、偏振态、传播方向上的一致，是物理上所说的非相干光。
3.受激辐射、激光
1917年，爱因斯坦从理论上指出：除自发辐射外，处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。他指出当频率为 ν=（E2-E1）/h的光子入射时，也会引发粒子以一定的概率，迅速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子，这个过程称为受激辐射。
可以设想，如果大量原子处在高能级E2上，当有一个频率 ν=（E2-E1）/h的光子入射，从而激励E2上的原子产生受激辐射，得到两个特征完全相同的光子，这两个光子再激励E2能级上原子，又使其产生受激辐射，可得到四个特征相同的光子，这意味着原来的光信号被放大了。这种在受激辐射过程中产生并被放大的光就是激光。
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时间：2023-10-24 23:31
Laser，即
Light
Amplification
by
the
Stimulated
Emission
of
Radiation。这里就包含了激光形成的两个最重要的信息：
1
Amplification，放大
2
stimulated
emission
of
radiation
受激辐射
首先要知道，原子内的电子是处在某些特定的能量状态的，当电子从高能量状态跃迁到低能量状态是就会辐射出一定频率的光子(频率与能量状态的差值有关)，如果能量差是固定的，那么光的频率也是固定的。电子除了自发地从高能态跃迁到低能态之外，还存在一种受激辐射。也就是处在高能的电子受到射入光子的作用，回到低能态，再释放一个光子(这样加上原来的就有两个)。这就是激光的基本发生原理。
激光发生要有一种外在的能源(可以是光、电、化学能等)使得激光物质(如红宝石等)中的电子不断跃迁到高能态。这时有些电子会自发地从高能态降落到低能态，并释放光子，这些最初的光子就开始激发其它高能态的电子返回低能态，释放更多同频率，同相位的光子。整个过程就像雪崩，会有越来越多的光子释放出来，这就是放大。
为了让放大能够不断进行。激光管两端有两块平行玻璃片。一片全反，一片部分透光。它的作用有是部分发射激光，同时令其余的光子继续留在管内(学名共振腔)引发受激辐射，保证激光源源不断产生。它的另一个作用是，若光子不沿平行玻璃的轴线，那么它们将会很快溢出共振腔，也就意味着，只有沿轴向的光子能够被选择性地放大，这保证了激光的定向性。
同时前面也提到，受激辐射出的光子与入射光子有相同相位，这样也使得激光有很好的相干性。
而固定的能级差也保证了激光良好的单色性。
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时间：2023-10-24 23:32
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百度百科《激光》
光与物质的相互作用，实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子，同时改变自身运动状况的表现。
微观粒子都具有特定的一套能级（通常这些能级是分立的）。任一时刻粒子只能处在与某一能级相对应的状态（或者简单地表述为处在某一个能级上）。与光子相互作用时，粒子从一个能级跃迁到另一个能级，并相应地吸收或辐射光子。光子的能量值为此两能级的能量差△E，频率为ν=△E/h（h为普朗克常量）。
1.受激吸收（简称吸收）
处于较低能级的粒子在受到外界的激发（即与其他的粒子发生了有能量交换的相互作用，如与光子发生非弹
性碰撞），吸收了能量时，跃迁到与此能量相对应的较高能级。这种跃迁称为受激吸收。
2.自发辐射
粒子受到激发而进入的激发态，不是粒子的稳定状态，如存在着可以接纳粒子的较低能级，即使没有外界作用，粒子也有一定的概率，自发地从高能级激发态（E2）向低能级基态（E1）跃迁，同时辐射出能量为（E2-E1）的光子，光子频率 ν=（E2-E1）/h。这种辐射过程称为自发辐射。众多原子以自发辐射发出的光，不具有相位、偏振态、传播方向上的一致，是物理上所说的非相干光。
3.受激辐射、激光
1917年，爱因斯坦从理论上指出：除自发辐射外，处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。他指出当频率为 ν=（E2-E1）/h的光子入射时，也会引发粒子以一定的概率，迅速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子，这个过程称为受激辐射。
可以设想，如果大量原子处在高能级E2上，当有一个频率 ν=（E2-E1）/h的光子入射，从而激励E2上的原子产生受激辐射，得到两个特征完全相同的光子，这两个光子再激励E2能级上原子，又使其产生受激辐射，可得到四个特征相同的光子，这意味着原来的光信号被放大了。这种在受激辐射过程中产生并被放大的光就是激光。
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Laser，即
Light
Amplification
by
the
Stimulated
Emission
of
Radiation。这里就包含了激光形成的两个最重要的信息：
1
Amplification，放大
2
stimulated
emission
of
radiation
受激辐射
首先要知道，原子内的电子是处在某些特定的能量状态的，当电子从高能量状态跃迁到低能量状态是就会辐射出一定频率的光子(频率与能量状态的差值有关)，如果能量差是固定的，那么光的频率也是固定的。电子除了自发地从高能态跃迁到低能态之外，还存在一种受激辐射。也就是处在高能的电子受到射入光子的作用，回到低能态，再释放一个光子(这样加上原来的就有两个)。这就是激光的基本发生原理。
激光发生要有一种外在的能源(可以是光、电、化学能等)使得激光物质(如红宝石等)中的电子不断跃迁到高能态。这时有些电子会自发地从高能态降落到低能态，并释放光子，这些最初的光子就开始激发其它高能态的电子返回低能态，释放更多同频率，同相位的光子。整个过程就像雪崩，会有越来越多的光子释放出来，这就是放大。
为了让放大能够不断进行。激光管两端有两块平行玻璃片。一片全反，一片部分透光。它的作用有是部分发射激光，同时令其余的光子继续留在管内(学名共振腔)引发受激辐射，保证激光源源不断产生。它的另一个作用是，若光子不沿平行玻璃的轴线，那么它们将会很快溢出共振腔，也就意味着，只有沿轴向的光子能够被选择性地放大，这保证了激光的定向性。
同时前面也提到，受激辐射出的光子与入射光子有相同相位，这样也使得激光有很好的相干性。
而固定的能级差也保证了激光良好的单色性。
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时间：2023-10-24 23:32
