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激光技術的發展與應用

返回列表 发布日期:2022-04-20 17:57:01

  大伙儿知道激光于1960年5月16號那一天誕生,第一台紅寶石激光器是美國人發明的。第一台激光器誕生以來,激光技術無論在工業、農業、軍事、天文,包括我們的日常生活都获得了非常廣泛的應用,因此激光成爲僅次于電腦的第二大重要發明。在美國有一個最流行的關鍵詞彙排序:第一是引擎,第二是電腦,第三就是激光。激光現在無所不在,我舉個最簡單的例子,我手上拿的這個東西(激光指示筆)就是激光,電腦裏有激光刻錄,我們的MP3、CD機,這基本上我們日常最常見的一些激光中文产品。設想如果某一天我們把世界上所有的激光器關閉了會出現什麽情況?那將會直接影響到我們的經濟,直接影響到國民的生活。還有一個跟我們所有的人都紧密相關的激光應用——電話,世界上的通訊大概80%基本上用光纜,就是用激光的方法進行通訊的。我們目前所接觸到的是一些日常見到的,但是未來激光還會有更多的應用。

激光技術的發展與應用

  激光原型機的發明人是梅曼,而激光的第一個專利持有人是肖洛和湯斯。現在激光的使用者衆多,由于激光技術及其應用而獲得諾貝爾獎的有11位得主。激光剛發明的60年代初,正是東西方冷戰猛烈的時候。當時人們設想,是不是可以把激光作爲武器直接投入戰爭。當年世界最強的美國、蘇聯都投入了大批的人力、物力、財力去研發激光。我們中國科學院系統最早開始研究激光是長春色機所,後來又有上海光機所,西安光機所、安徽光機所、成都光電所等陸續成立,當時這幾個所基本上以激光基礎、激光技術或者強激光爲背景建立的。


  我們來看看激光原理。大伙儿知道原子被光子激發的時候將吸收能量,它會躍遷到上能級;而當上能級的原子躍遷到下能級的時候它會發出一個光子。當一個光子激發上能級的粒子的時候它會發出兩個光子,這兩個光子跟激發的這個光子的特征是完全一樣的。這就是所謂的受激發射。使用這個機理,在一個充滿激光介質的環境中,加上兩個反照鏡形成諧振器,光子在諧振腔裏振蕩,在這個過程中間光子不斷地获得激發,不斷地获得膨胀,振蕩到某一個阈值突然打開開關讓這個光出來,這就是激光。


  激光有一個很顯著的特點它的方向性特別好。我們看這個日光燈,熒光燈,所有的白熾燈基本上四面八方的輻射,而激光是方向性特別好的一束光。另外激光的單色性也特別好。白熾燈也好,熒光燈也好,它們是由多種的光譜身分組成的,它是多色的,最後綜合到我們視覺裏就是一個白色的结果。而激光是某一種特定的波長,它是單色的,同时是高亮度的。我們知道激光是不能直接照射眼睛的,照到眼裏會傷害人,激光武器就是應用這個高亮度還有高相幹性的特點。這是物理學上的一個概念,任何一個時刻激光的光子的性質是雷同的。


  激光運轉的時候可以有連續激光、有脈沖激光。脈沖激光的寬度有納秒量級的,有皮秒量級的,也有飛秒量級的。


  我們看看激光的種類,激光的種類可以根據它的工作物質的不同,以及激勵方法的不同、運轉方法的不同和輸出波長不同來進行分類。我們接觸的比較多的是固體激光器,現在由固體激光器發展成全固態激光器,它是由晶體或者玻璃作爲激光基質,然後通過金屬離子作爲工作介質産生輻射。比較典型的就是Nd:YAG激光器(钇鋁石榴石激光器)、紅寶石激光器還有光纖激光器。另外一類就是氣體激光器,氣體激光器顧名思義它的工作介質就是氣體。這裏有原子,有離子,有分子,還有准分子激光。還有一類就是液體激光器,液體激光我們也稱爲染料激光,它主假如由有機溶液,或無機溶液摻入金屬離子作爲工作介質。另外還有半導體激光、自由電子激光等等。


  這幾種類型的工作介質激光做個比較,氣體激光器相對來說體積比較大,但是它的壽命比較長,最要紧它的光譜特征非常好,光譜質量好。染料激光器的特點就是光譜範圍比較寬,但是它的光束質量比較差,另外它的能量很低。化學激光器的功率很高,體積很大。過去固體激光器用氙燈泵浦,光束質量比較好,功率也比較高,但是相對于現在的所謂的全固態激光器來說它的體積比較大一些。而半導體激光器最大的特點就是體積非常小,壽命也很長,它的缺點就是光束質量比較差,能量比較小。我們現在發展到全固態激光器,相對于過去傳統的固體激光器來說它的體積要小得多,結構緊湊,另外它的壽命比較長,光束質量比較好,功率比較高。現在作爲激光的工業應用,以及軍事上的激光應用大部分采用這種全固態激光器。


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