激光是一種什么樣的光？

由于激光的特殊特性，激光器有很多用途，比如材料加工行業(yè)，激光焊接，醫(yī)療等。那么激光是一種什么光?有哪些特性呢?松盛光電來(lái)給大家介紹分享。

一、產(chǎn)生原理

激光(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，縮寫(xiě)為 LASER)，意思是 “受激輻射的光放大”。它是通過(guò)受激輻射過(guò)程產(chǎn)生的。在一個(gè)具有合適增益介質(zhì)(如某些晶體、氣體、半導(dǎo)體等)的光學(xué)諧振腔中，當(dāng)外界能量(如電能、光能等)注入增益介質(zhì)時(shí)，會(huì)使介質(zhì)中的粒子(原子、分子或離子)從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。處于高能級(jí)的粒子在外界光子的誘發(fā)下，會(huì)躍遷回低能級(jí)并發(fā)射出與誘發(fā)光子特性完全相同(頻率、相位、偏振方向和傳播方向)的光子。這些光子在光學(xué)諧振腔內(nèi)不斷來(lái)回反射，通過(guò)增益介質(zhì)不斷地被放大，最終形成高強(qiáng)度、高度相干的激光束。

二、特性

方向性好

普通光源(如白熾燈、太陽(yáng)光)向四面八方發(fā)光，而激光的光束幾乎是平行發(fā)射的，其發(fā)散角非常小。例如，用于通信的激光束，在幾公里的傳輸距離后，光斑直徑僅擴(kuò)散到幾厘米。這就好比手電筒發(fā)出的光比較分散，而激光則像一束很細(xì)的 “光箭”，能夠集中在一個(gè)很小的角度范圍內(nèi)傳播。這種特性使得激光可以在長(zhǎng)距離傳輸中保持較高的能量密度，并且可以精確地指向目標(biāo)。

單色性好

單色性是指光的顏色純度，即光的頻率或波長(zhǎng)范圍很窄。普通光源發(fā)出的光包含多種不同的波長(zhǎng)成分，而激光通常只有一個(gè)很窄的波長(zhǎng)范圍。例如，氦 - 氖(He - Ne)激光器發(fā)出的紅色激光，其波長(zhǎng)為 632.8nm，波長(zhǎng)范圍可以窄到千分之一納米以下。這就像普通顏料是多種顏色混合的，而激光則是單一的、純粹的顏色。這種單色性使得激光在光學(xué)實(shí)驗(yàn)、光譜分析等領(lǐng)域有重要應(yīng)用，如拉曼光譜儀利用激光的單色性來(lái)檢測(cè)物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)。

相干性好

相干性包括時(shí)間相干性和空間相干性。時(shí)間相干性是指光在不同時(shí)刻的波動(dòng)特性保持一致，空間相干性是指光在空間不同點(diǎn)的波動(dòng)特性相同。激光的光子在產(chǎn)生過(guò)程中是相互關(guān)聯(lián)的，它們具有良好的時(shí)間和空間相干性。例如，在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，激光能夠產(chǎn)生非常清晰、穩(wěn)定的干涉條紋，而普通光源產(chǎn)生的干涉條紋則比較模糊、不穩(wěn)定。這種相干性使得激光在全息攝影、光學(xué)干涉測(cè)量等技術(shù)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，全息照片能夠記錄物體的三維信息，就是利用了激光的相干性。

高亮度(高能量密度)

由于激光的方向性好、能量集中，所以在單位面積上可以產(chǎn)生很高的能量。例如，工業(yè)用的高功率激光切割設(shè)備，其激光束聚焦后的能量密度可以達(dá)到每平方厘米數(shù)兆瓦甚至更高。相比之下，普通光源的能量分散在很大的面積上，能量密度較低。這種高亮度的特性使得激光能夠用于切割、焊接等材料加工過(guò)程，也可以用于醫(yī)療中的激光手術(shù)，如眼科的近視矯正手術(shù)等，能夠在短時(shí)間內(nèi)提供足夠的能量來(lái)改變材料或組織的狀態(tài)。

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