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激光是光学原理的一种应用

文章来源:雕刻机
添加人:管理员
添加时间:2008-11-17 20:26:38

激光是光学原理的一种应用,但是究竟要怎么样才能从普通的光线变成激光?这就得先了解原子发光的原理。一个原子从高能阶降到低能阶时,会放出一个光子,叫做自发放光。原子在高能阶时受到一个光子的撞击,就会受激而放出另外一个相同的光子,变成两个光子,叫做受激放光。如果受激放光的过程持续产生,则所发出来的光子便会越来越多。只要我们把高能阶的原子数量控制在高于低能阶的原子数量,那么受激放光的过程就会持续产生,这种控制原子受激放光的装置我们称它为“光放大器”。    

    我们也知道,光线发射出去时是以光速朝各个方向前进的,为了让产生的光线能够被收集起来并持续放大加以利用,则必须利用叫做「共振腔」的设备,把由光放大器所产生的光线用反射镜局限在一个特定的范围内,让光线可以来回反射,且由于光放大器所产生的光子是相同的,所以行进的方向也会相当一致。透过共振腔的作用,能让光线行进的方向完全相同,也就是说拥有跟共振腔相同方向的光线才会被放大,其余不同方向的光线都不会放大,这是产生激光的首要条件。    

    共振腔还有另外一个作用,那就是限制激光的频率。光线要在共振腔产生共振必须符合 L = nλ/2 的关系(L 是共振腔长度,λ 是波长,n 是固定倍数),所以并非所有频率的光线都可以在共振腔中产生共振,而是只有符合这规则的才会产生共振。不过,共振腔的长度(L)可以长达数公尺,而光的波长(λ)却是以微米为单位,这两者之间相差了 100 万倍,也就是说符合条件的 n 范围相当大,而非只有单一频率。可以同时发出这么多频率的光,就给了我们建造脉冲激光的条件。


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