激光筆、激光燈、激光電視,激光打印機(jī)……生活中,激光類物品隨處可見。什么是激光呢?激光是如何產(chǎn)生的呢?為什么有這么多種用途呢?
其實(shí)激光并不屬于自然界天然存在的光,它是通過一種物理原理形成的光。如果想要明白激光是怎樣產(chǎn)生的,就需要了解幾個(gè)物理概念。第一個(gè)概念是躍遷。在目前已知的科學(xué)體系中,所有的物質(zhì)都是由原子構(gòu)成的,而原子又是由原子核和核外電子構(gòu)成的。處于不同能級的軌道上的核外電子圍繞原子核進(jìn)行繞核運(yùn)動(dòng)。位于低能級軌道上的電子想轉(zhuǎn)移到高能級軌道需要吸收一定的能量,反過來,高能級軌道上的電子想轉(zhuǎn)移到低能級軌道上就要釋放一部分多余的能量。第二個(gè)概念是發(fā)光過程。一般情況下,在沒有外界影響的狀態(tài)下,高能級的原子會(huì)自發(fā)地向低能級躍遷,并將多余的能量以發(fā)光的形式釋放出來,這種發(fā)光的過程被稱作自發(fā)輻射。平時(shí)我們家里使用的日光燈和白熾燈等的發(fā)光原理就是如此。
此外,還有一種發(fā)光過程——受激輻射。當(dāng)原子處于某種激發(fā)態(tài)時(shí),有電勢能(E)合適的光子從該原子附近通過,該原子就會(huì)釋放出一個(gè)具有同樣電勢能的光子從而躍遷到低能級狀態(tài)。這個(gè)被釋放出的光子繼續(xù)與其他原子發(fā)生受激輻射作用,就會(huì)產(chǎn)生越來越多具有相同電勢能的光子。它們的頻率、偏振狀態(tài)和傳播方向都是相同的,當(dāng)這些相同的光子一同發(fā)生能量激發(fā)時(shí),就會(huì)產(chǎn)生一種不發(fā)散的強(qiáng)光,也就是我們想要一探究竟的激光。
激光除了有不發(fā)散的特點(diǎn)外,還具有亮度高、方向性好、單色性好等特點(diǎn)。根據(jù)不同的特點(diǎn),激光可以被應(yīng)用在不同的方面。
例如激光電視,即:通過“激光光源+超短焦鏡頭+抗光屏幕”的激光電視技術(shù)路線,成功挑戰(zhàn)人眼視覺的分辨極限,實(shí)現(xiàn)超高清、高保真的圖像再現(xiàn)。
同樣,也可以利用激光能量集中和平行度高的特性,進(jìn)行激光測距、激光雷達(dá)和激光準(zhǔn)直等的使用,其中激光雷達(dá)更是優(yōu)勢顯著。與太空衛(wèi)星通過監(jiān)測太陽光穿過地球大氣層達(dá)到地面再反射回衛(wèi)星的方式不同,主動(dòng)激光雷達(dá)直接從空中向地面發(fā)射一股激光,因其激光穩(wěn)定性好難發(fā)散,不易受云層和氣溶膠的影響,加上是自發(fā)發(fā)光,也不受白天和黑夜的影響,可以進(jìn)行夜間觀測,能更全面地進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測和分析。
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