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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传递较长距离的同时,还能保证聚焦得到极高的功率密度,激光器发射的激光,天生就是朝一个方向射出,光束的发散度极小,大约只有0.001弧度,接近平行。

    Q02

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    02

    激光的高单色性

    光的颜色由光的波长(或频率)决定。一定的波长对应一定的颜色。太阳光的波长分布范围约在0.76微米至0.4微米之间,对应的颜色从红色到紫色共7种颜色,所以太阳光谈不上单色性。发射单种颜色光的光源称为单色光源,它发射的光波波长单一。比如氪灯、氦灯、氖灯、氢灯等都是单色光源,只发射某一种颜色的光。单色光源的光波波长虽然单一,但仍有一定的分布范围。如氖灯只发射红光,单色性很好,被誉为单色性之冠,波长分布的范围仍有0.00001纳米,因此氖灯发出的红光,若仔细辨认仍包含有几十种红色。由此可见,光辐射的波长分布区间越窄,单色性越好。由于激光的单色性极高,从而保证了光束能精确地聚焦到焦点上,得到很高的功率密度。

    Q03

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    03

    激光的高相干性

    相干性是一切波动现象的属性。光具有波粒二象性,也就是说微观来看,由光子组成,具有粒子性;但是宏观来看又表现出波动性。光有波动性,因此也有相干性。1865年,麦克斯韦在《电磁场的力学理论》中指出:光和电磁波是同一实体的属性的表现,光是一种按照电磁定律在场内传播的电磁扰动。自此,麦克斯韦在科学史上第一次揭示了光的本质,即光也是电磁波,是一种波长更短的电磁波!光的频率、振动方向、相位高度一致,使激光光波在空间重叠时,重叠区的光强分布会出现稳定的强弱相间现象。这种现象叫做光的干涉,所以激光是相干光。一般光源发射出来的光是非相干光,它是波长不等、杂乱无序的混合光束。由于非相干光的波长、相位、振幅极不一致。因此它们的合成波也是一条杂乱无章、毫无规律的曲线,从中不易找出它的周期性来。普通光源如日光、灯光等所辐射的就是这非相干光线。相干性主要描述光波各个部分的相位关系。

    Q04

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    04

    激光产生原理

    激光的发展有很长的历史,它的原理早在 1917 年已被著名的物理学家爱因斯坦发现,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 的缩写。激光的英文全名已完全表达了制造激光的主要过程。

    Q05

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    激光工作介质

    激光的产生必须选择合适的工作介质,可以是气体、液体、固体或半导体。在这种介质中可以实现粒子数反转,以制造获得激光的必要条件。显然亚稳态能级的存在,对实现粒子数反转是非常有利的。现有工作介质近千种,可产生的激光波长包括从真空紫外到远红外,非常广泛。

    Q06

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    激励源

    为了使工作介质中出现粒子数反转,必须用一定的方法去激励原子体系,使处于上能级的粒子数增加。一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子,称为电激励;也可用脉冲光源来照射工作介质,称为光激励;还有热激励、化学激励等。各种激励方式被形象化地称为泵浦或抽运。为了不断得到激光输出,必须不断地“泵浦”以维持处于上能级的粒子数比下能级多。

    Q07

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    07

    谐振腔

    有了合适的工作物质和激励源后,可实现粒子数反转,但这样产生的受激辐射强度很弱,无法实际应用。于是人们就想到了用光学谐振腔进行放大。所谓光学谐振腔,实际是在激光器两端,面对面装上两块反射率很高的镜。一块几乎全反射,一块光大部分反射、少量透射出去,以使激光可透过这块镜子而射出。被反射回到工作介质的光,继续诱发新的受激辐射,光被放大。因此,光在谐振腔中来回振荡,造成连锁反应,雪崩似的获得放大,产生强烈的激光,从部分反射镜子一端输出。

    Q08

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    激光器的种类

    对激光器有不同的分类方法,一般按工作介质的不同来分类,在可以分为固体激光器、气体激光器、液体激光器和半导体激光器。

    Q09

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    固体激光器

    一般讲,固体激光器具有器件小、坚固、使用方便、输出功率大的特点。这种激光器的工作介质是在作为基质材料的晶体或玻璃中均匀掺入少量激活离子,除了前面介绍用红宝石和玻璃外,常用的还有钇铝石榴石(YAG)晶体中掺入三价钕离子的激光器,它发射1060nm的近红外激光。固体激光器一般连续功率可达100W以上,脉冲峰值功率可达109W。

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