什么是激光?

[拼音]：jiguang

[外文]：laser

原子在受激辐射放大过程中发出的光。能发出激光的器件称为激光器。激光旧译为“莱塞”(laser是英文light amplification by stimulated emission of radiation的缩写)。受激辐射是：原子中的电子吸收外来能量后，从低能级E₁跃迁到较高能级E₂，此时，如以频率满足hv＝E₂-E₁(式中h为普朗克常数，v为光的频率)的光子照射之，在此光子的激励下，又会从较高能级E₂跃迁回到低能级E₁，同时，辐射出能量hv＝E₂-E₁的光子，其频率、相位、偏振和传播方向与激励光子是相同的。实现受激辐射的先决条件是选择能形成粒子数反转分布状态的工作物质。粒子数反转分布是指工作物质中处于高能级的原子数大于处于低能级的原子数。

1958年，美国的C.H.汤斯、A.L.肖洛和稍后的苏联的Н.Γ.巴索夫、Α.Μ.普罗赫洛夫等都提出形成激光的基本原理性方案。1960年，美国的T.H.梅曼首先研制成功以红宝石为工作物质的红宝石固体激光器。此后各国又相继制成气体、液体、半导体和化学激光器。

在精密测长中，常用的是氦氖气体激光器（见图），因为它的单色性好，且结构简单，使用方便，外来能量以高压电形式加入充有氦氖气体的激光器中，产生气体放电现象。此时，由于电子碰撞产生自发辐射并放出能量等于E₂- E₁的光子，此光子又激励氦氖原子产生受激辐射，在一个光子激励下得到另一个相同的光子。这两个光子再引起其他原子产生受激辐射，如此链锁继续进行而产生光放大。在反射镜1和2的表面上镀有对波长为0.6328微米的光波反射率很高的多层介质膜。两反射镜间的距离设计为等于0.6328微米的整倍数，因此波长为0.6328微米的光波能在由反射镜1、2和毛细管组成的谐振腔中来回振荡放大。由于一端的反射镜具有小部分透射性能，当谐振腔中的光子达到一定数量后，便透过反射镜射出，即为激光。

激光的特性是亮度高、方向性和单色性好。

（1）亮度高:激光的总能量不大，但能高度集中起来。脉冲激光器产生的激光亮度比太阳表面亮度高10¹⁰倍。

（2）方向性好：光源的方向性是指光束发散角的大小。激光的光束基本上是沿着与反射镜垂直的方向传播的，它的立体发散角约为10^-6球面度。激光的这一特性也决定了它具有良好的空间相干性，相干面积大。全息照相主要是利用激光空间相干性好的特性实现的。

（3）单色性好：单色性是指激光谱线宽度的范围。激光是受激发射的光，加上谐振腔的选频作用，所以谱线宽度很窄，可小于10^-17米(10^-7


)。它的干涉长度可达几万米，因此也常说它具有良好的时间相干性。

在机械制造中主要是利用激光单色性好和方向性好这两个特性进行精密测长（见激光测长技术和激光干涉仪），利用亮度高这个特性进行加工，例如利用激光束焊接、打孔和切割等（见激光加工、激光焊、激光切割）。

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