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    Q01

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    01

    激光的高方向性

    激光的高方向性使其能在有效地傳遞較長距離的同時,還能保證聚焦得到極高的功率密度,激光器發射的激光,天生就是朝一個方向射出,光束的發散度極小,大約只有0.001弧度,接近平行。

    Q02

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    02

    激光的高單色性

    光的顏色由光的波長(或頻率)決定。一定的波長對應一定的顏色。太陽光的波長分布范圍約在0.76微米至0.4微米之間,對應的顏色從紅色到紫色共7種顏色,所以太陽光談不上單色性。發射單種顏色光的光源稱為單色光源,它發射的光波波長單一。比如氪燈、氦燈、氖燈、氫燈等都是單色光源,只發射某一種顏色的光。單色光源的光波波長雖然單一,但仍有一定的分布范圍。如氖燈只發射紅光,單色性很好,被譽為單色性之冠,波長分布的范圍仍有0.00001納米,因此氖燈發出的紅光,若仔細辨認仍包含有幾十種紅色。由此可見,光輻射的波長分布區間越窄,單色性越好。由于激光的單色性極高,從而保證了光束能精確地聚焦到焦點上,得到很高的功率密度。

    Q03

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    03

    激光的高相干性

    相干性是一切波動現象的屬性。光具有波粒二象性,也就是說微觀來看,由光子組成,具有粒子性;但是宏觀來看又表現出波動性。光有波動性,因此也有相干性。1865年,麥克斯韋在《電磁場的力學理論》中指出:光和電磁波是同一實體的屬性的表現,光是一種按照電磁定律在場內傳播的電磁擾動。自此,麥克斯韋在科學史上第一次揭示了光的本質,即光也是電磁波,是一種波長更短的電磁波!光的頻率、振動方向、相位高度一致,使激光光波在空間重疊時,重疊區的光強分布會出現穩定的強弱相間現象。這種現象叫做光的干涉,所以激光是相干光。一般光源發射出來的光是非相干光,它是波長不等、雜亂無序的混合光束。由于非相干光的波長、相位、振幅極不一致。因此它們的合成波也是一條雜亂無章、毫無規律的曲線,從中不易找出它的周期性來。普通光源如日光、燈光等所輻射的就是這非相干光線。相干性主要描述光波各個部分的相位關系。

    Q04

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    04

    激光產生原理

    激光的發展有很長的歷史,它的原理早在?1917?年已被著名的物理學家愛因斯坦發現,但要直到?1958?年激光才被首次成功制造。激光英文名是?Laser,即?Light Amplification by theStimulated Emission of Radiation?的縮寫。激光的英文全名已完全表達了制造激光的主要過程。

    Q05

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    05

    激光工作介質

    激光的產生必須選擇合適的工作介質,可以是氣體、液體、固體或半導體。在這種介質中可以實現粒子數反轉,以制造獲得激光的必要條件。顯然亞穩態能級的存在,對實現粒子數反轉是非常有利的?,F有工作介質近千種,可產生的激光波長包括從真空紫外到遠紅外,非常廣泛。

    Q06

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    激勵源

    為了使工作介質中出現粒子數反轉,必須用一定的方法去激勵原子體系,使處于上能級的粒子數增加。一般可以用氣體放電的辦法來利用具有動能的電子去激發介質原子,稱為電激勵;也可用脈沖光源來照射工作介質,稱為光激勵;還有熱激勵、化學激勵等。各種激勵方式被形象化地稱為泵浦或抽運。為了不斷得到激光輸出,必須不斷地“泵浦”以維持處于上能級的粒子數比下能級多。

    Q07

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    諧振腔

    有了合適的工作物質和激勵源后,可實現粒子數反轉,但這樣產生的受激輻射強度很弱,無法實際應用。于是人們就想到了用光學諧振腔進行放大。所謂光學諧振腔,實際是在激光器兩端,面對面裝上兩塊反射率很高的鏡。一塊幾乎全反射,一塊光大部分反射、少量透射出去,以使激光可透過這塊鏡子而射出。被反射回到工作介質的光,繼續誘發新的受激輻射,光被放大。因此,光在諧振腔中來回振蕩,造成連鎖反應,雪崩似的獲得放大,產生強烈的激光,從部分反射鏡子一端輸出。

    Q08

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    激光器的種類

    對激光器有不同的分類方法,一般按工作介質的不同來分類,在可以分為固體激光器、氣體激光器、液體激光器和半導體激光器。

    Q09

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    固體激光器

    一般講,固體激光器具有器件小、堅固、使用方便、輸出功率大的特點。這種激光器的工作介質是在作為基質材料的晶體或玻璃中均勻摻入少量激活離子,除了前面介紹用紅寶石和玻璃外,常用的還有釔鋁石榴石(YAG)晶體中摻入三價釹離子的激光器,它發射1060nm的近紅外激光。固體激光器一般連續功率可達100W以上,脈沖峰值功率可達109W。

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