
【計】 lasing
bring; come into being; engender; produce; result; give birth to
【化】 creation; yield
【醫】 production
【經】 accrue
laser
【化】 laser
【醫】 laser
激光(Laser)是"Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation"的縮寫,指通過受激發射實現光放大并産生相幹輻射的過程。從物理學角度,激光的産生包含三個核心機制:
受激發射(Stimulated Emission) 當處于激發态的原子受特定頻率光子撞擊時,會釋放相同頻率、相位和方向的光子,這一量子力學現象由愛因斯坦于1917年提出。該過程形成光信號的相幹疊加,是激光單色性和方向性的基礎。
粒子數反轉(Population Inversion) 通過外部能量泵浦(如電流激勵或光激發),使工作物質(如紅寶石晶體或He-Ne氣體)中高能級粒子數超過低能級,打破熱平衡分布狀态。這種非平衡态是實現光放大的必要條件。
光學諧振腔(Optical Cavity) 由兩塊平行反射鏡構成的光學反饋系統,其中全反射鏡(>99%反射率)和部分反射鏡(90-95%反射率)協同作用,使特定波長光波在腔内多次反射形成駐波,産生相位同步的持續振蕩。
典型激光器包含泵浦源、增益介質和諧振腔三大組件。以半導體激光器為例,當正向偏壓施加于PN結時,電子空穴複合釋放光子,經解理面反射形成激光輸出,波長由能帶間隙決定($lambda=frac{hc}{E_g}$)。
該原理在光纖通信(1550nm波段)、激光切割(CO₂激光10.6μm)和醫療美容(Nd:YAG 1064nm)等領域有廣泛應用。美國國家标準與技術研究院(NIST)的激光光譜數據庫記錄了超過200,000條激光躍遷譜線。
激光(LASER)的全稱是“受激輻射光放大”(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation),其産生過程基于量子力學原理,主要包括以下關鍵步驟:
當處于激發态的原子受到特定頻率的光子刺激時,會釋放出與入射光子完全相同(頻率、相位、方向一緻)的新光子。這一過程是激光産生的核心機制。
正常情況下,低能級粒子數多于高能級。通過外部能量(如電流、光泵浦)激勵,使高能級粒子數超過低能級,形成“粒子數反轉”,為受激輻射創造條件。
由兩面平行反射鏡組成,其中一面部分透光。光子在腔内反複反射,不斷引發更多受激輻射,最終通過部分透光鏡輸出為高度相幹、單色、方向性強的激光束。
包括醫療(如激光手術)、通信(光纖傳輸)、工業(精密切割)等。例如,二氧化碳激光器功率可達數千瓦,用于金屬加工。
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