科学故事 激光的机制
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激光是一种特殊的电磁波。激光的产生是100多年来科学家深入研究电现象、磁现象和光现象的结晶。激光的直接创始人,可以追溯到当代伟大的科学家爱因斯坦。爱因斯坦得过一次诺贝尔奖金。有趣的是,他得奖并不是由于举世闻名的相对论,而是因为他在1905年提出的光量子假说。根据这个假说:光是由许许多多光子组成的,不同颜色的光由不同能量的光子组成。爱因斯坦用这种假说解释光电效应获得了惊人的成功。1916年,爱因斯坦在《关于辐射的量子论》论文中提出原子中的电子可以受“激”而放出光子。这种受激辐射的过程就是产生激光的基本物理原理。
激光这个名词是从英文单词“Laser”翻译过来的。最初,根据它的英文发音,译成“莱塞”、“镭射”等,不明其理的人看了简直莫名其妙。后来,有人根据它的意思,翻译成“受激辐射光”。显然,这个译名的含义清楚,而且把它跟普通光的区别明确地表示了出来,但字数太多,读起来不方便。1965年,我国一些著名科学家建议,把“受激辐射光”缩写成“激光”两字,这样就比较简明顺口了。
发光有两种形式。自发辐射是发光的一种形式。除此之外,还有另一种发光形式,那就是受激辐射。什么是受激辐射呢?这就是说,原来处在高能级的原子,还可以在其他光子的刺激或感应下,跃迁到低能级,同时发射出一个同样能量的光子。由于这一过程是在外来光子的刺激下产生的,所以叫做受激辐射。有趣的是,新产生的光子与外来光子具有完全相同的状态,即频率一样、波长一样、方向一样。
只要产生一次受激辐射,就能使一个光子变成两个光子,这两个光子又会引起其他原子发生受激辐射,于是,在极短的瞬间内激发出无以数计的光子,实际上就将光放大了。在这种情况下,只要辅以必要的设备,就可以形成具有完全相同频率和相同方向的光子流,这就是激光。而放大光的设备,就是激光器。
在1953年,根据爱因斯坦的受激辐射原理,美国物理学家汤斯研制成功了微波放大器。
1960年9月,激光终于在美国年轻的物理学家梅曼手中诞生。
梅曼的激光器中使用了一根人造红宝石作为发光物质,以强光作为激光源。红宝石是一种人工制造的晶体。当梅曼用氙灯的闪光照射红宝石时,实验室里突然发射出一束深红色的光,其亮度达到太阳表面亮度的四倍。这束振奋人心的耀眼光束就是激光。
大约半年后,我国也研制出一台红宝石激光器。
激光器由发光物质(介质)、管状谐振腔和激光源三部分组成。许多物质都可以产生激光,但不同的物质产生的激光在物理性能上有所不同。
激光器的工作方式以发射出的激光持续时间长短分为连续、脉冲、巨脉冲和超短脉冲四种。
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