客服热线:189888977

【科普】什么是激光?

2023-11-02 23:46:08浏览:530来源:中国激光网   

激光是20世纪人类最重大的发明之一,是一种自然界原本不存在的,因受激而发出的,具有方向性好、亮度高、单色性好和相干性好等特性的光。激光的产生机理可以溯源到1917年爱因斯坦解释黑体辐射定律时提出的假说,即光的吸收和发射可经由受激吸收、受激辐射和自发辐射三种基本过程。

 

众所周知,任何一种光源的发光都与其物质内部粒子的运动状态有关。当处于低能级上的粒子(原子、分子或离子)吸收了适当频率外来能量(光)被激发而跃迁到相应的高能级上(受激吸收)后,总是力图跃迁到较低的能级去,同时将多余的能量以光子形式释放出来。

 

而激光的产生需要满足三个条件:粒子数反转、谐振腔反馈和满足阈值条件。通过受激吸收,使处于高能级的粒子数比处于低能级的越多(粒子数反转),还需要在有源区两端制作出能够反射光子的平行反射面,形成谐振腔,并使增益大于损耗,即相同时间新产生的光子数大于散射吸收掉的光子数。只有满足了这三个条件,才有可能产生激光。

 

  激光的特性

 

方向性好

普通光源(太阳、白炽灯或荧光灯)向四面八方发光,而激光的发光方向可以限制在小于几个毫弧度立体角内,这就使得在照射方向上的照度提高千万倍。激光每200千米扩散直径小于1米,若射到距地球3.8×105km的月球,光束扩散不到2千米,而普通探照灯几千米外就扩散到几十米。  

亮度高

激光是当代最亮的光源,只有氢弹爆炸瞬间强烈的闪光才能与它相比拟。太阳光亮度大约是1.865×109cd/m2,而一台大功率激光器的输出光亮度可以高出太阳光的亮度7~14个数量级。  尽管激光的总能量并不一定很大,但由于能量高度集中,很容易在某一微小点处产生高压和几万摄氏度甚至几百万摄氏度的高温。激光打孔、切割、焊接和激光外科手术等实际应用就是利用了这一特性。  

单色性好

光是一种电磁波。光的颜色取决于它的波长。普通光源发出的光通常包含着各种波长,是各种颜色光的混合。太阳光包含红、、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色的可见光以及红外光、紫外光等不可见光。而某种激光的波长只集中在十分窄的光谱波段或频率范围内。如氦氖激光的波长为632.8纳米,其波长变化范围不到万分之一纳米。激光良好的单色性为精密度仪器测量和激某些化学反应等科学实验提供了极为有利的手段。  

相干性好

干涉是波动现象的一种属性。基于激光具有高方向性和高单色性的特性,它必然会是相干性极好的光。激光的这一特性使全息照相成为现实。 

 

  激光器的分类

(1)固体激光器(Solid state laser)一般体积小而坚固,脉冲辐射功率较高,应用范围较广泛。如:Nd:YAG激光器。Nd(钕)是一种稀土族元素,YAG代表钇铝石榴石,晶体结构与红宝石相似。还有Tm:YAG,Ho:YAG,Ho:YAG 等等。 

(2)半导体激光器(Semiconductor laser)体积小、重量轻、寿命长、结构简单,特别适于在飞机、军舰、车辆和宇宙飞船上使用。半导体激光器可以通过外加的电场、磁场、温度、压力等改变激光的波长,能将电能直接转换为激光能,所以发展迅速。  

(3)气体激光器(Gas laser)是其中通过气体释放电流以产生相干光的激光器。单色性和相干性较好,激光波长可达数千种,应用广泛。气体激光器结构简单、造价低廉、操作方便。在工农业、医学、精密测量、全息技术等方面应用广泛。气体激光器有电能、热能、化学能、光能、核能等多种激励方式。  

(4)化学激光器(Chemical Laser)有些化学反应产生足够多的高能原子,就可以释放出大能量,可用来产生激光作用。这主要是武器应用。比如氟化氢激光器能够提供兆瓦范围内的连续输出功率。 

5)光纤激光器(Fiber laser利用光纤中的增益介质(稀土元素)提供光信号的放大。光纤激光器有单端泵浦和双端泵浦两种,后者的输出功率可以达到更高。还在研发中的相干合成技术可以进一步扩展输出功率。   

(6)从连续性来分类:有连续激光(Continuous laser)和脉冲激光(Pulsed laser and Ultrashort pulsed laser), 脉冲激光:纳秒 (10e-6秒), 皮秒 (10e-9秒), 和 飞秒 (10e-12秒)甚至阿秒 (10e-15秒)激光。连续激光、较长脉冲激光和超短脉冲激光,同样作用在目标表面上,热效应差异很大。

除上述之外,其他类型的激光还有很多,拉曼激光(Raman laser)、金属蒸汽激光(metal-vapor lasers),等等。针对不同的应用,有很多细分类型。作为工业4.0的基础,激光将会有越来越大的作用。

 

 

  激光加工及应用

激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度,靠光热效应来加工的。激光加工不需要工具、加工速度快、表面变形小,可加工各种材料。用激光束对材料进行各种加工,如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。

 

激光设备可以应用的领域也非常广泛:建筑装饰、食品、化工、能源、环保、锅炉、汽车配件、精密器械等等。

(责任编辑:CHINALASER)
下一篇:

三次受命“改行”?毕生报国“追光”

上一篇:

紧贴机器视觉应用趋势,着眼智能制造发展,VisionChina(深圳)展览会圆满闭幕!

  • 信息二维码

    手机看新闻

  • 分享到
打赏
免责声明
• 
此文内容为本网站刊发或转载企业宣传资讯,仅代表作者个人观点,与本网无关。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。涉及到版权或其他问题,请及时联系我们 189888977@qq.com