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激光“神奇”的缘由

2011-04-05 09:39
姚看江湖
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  激光广泛应用的基础在于它的特性.激光单色性好,又可在一个狭小的方向内有集中的高能量,因此利用聚焦后的激光束可以对各种材料进行打孔.这是令人惊奇的.红宝石激光器中输出脉冲的总能量煮不熟一个鸡蛋,但却能在3毫米的钢板上钻出一个孔.为什么激光这么神奇呢?关键不是光的能量,而在于其功率.激光的功率是很高的,这也是它多方面被应用的基础.  

  激光具有单色性、相干性和方向性三大特点.  

  (1)单色性好  

  我们知道,普通的白光有七种颜色,频率范围很宽.频率范围宽的光波在光纤中传输会引起很大的噪声,使通信距离很短,通信容量很小.而激光是一种单色光,频率范围极窄,发散角很小,只有几毫弧,激光束几乎就是一条直线.氦氖激光的谱线宽度,只有10-8nm,颜色非常纯.这种光波在光纤中传输产生的噪声很小,这就可以增加中继距离,扩大通信容量.现在已研究出单频激光器,这种激光器只有一个振荡频率.用这种激光器可以把十几万路的电话信息直接传送到100km以外.这种通信系统就可满足将来信息高速公路的需要了.  

  (2)相干性高  

  一个几十瓦的电灯泡,只能用作普通照明.如果把它的能量集中到1m直径的小球内,就可以得到很高的光功率密度,用这个能量能把钢板打穿.然而,普通光源的光是向四面八方发射的,光能无法高度集中.普通光源上不同点发出的光在不同方向上、不同时间里都是杂乱无章的,经过透镜后也不可能会聚在一点上.  

  激光与普通光相比则大不相同.因为它的频率很单纯,从激光器发出的光就可以步调一致地向同一方向传播,可以用透镜把它们会聚到一点上,把能量高度集中起来,送入光纤,这就叫相干性高.一台巨脉冲红宝石激光器的亮度可达1015w/cm2·sr,比太阳表面的亮度还高若干倍.  

  光纤通信用的半导体激光器的体积很小.和普通的晶体三极管差不多.它发出的光功率一般都不太大,通常只有几毫瓦.如果把它的能量高度集中,就很容易耦合进光纤.这对增加光纤通信的中继距离,提高通信质量是很有意义的.  

  (3)方向性强  

  激光的方向性比现在所有的其他光源都好得多,它几乎是一束平行线.如果把激光发射到月球上去,历经38.4万公里的路程后,也只有一个直径为2km左右的光斑.如果用的是探照灯,则绝大部分光早就在中途“开小差”了.  

  普通光源总是向四面八方发散的,这作为照明来说是必要的.但要把这种光集中到一点,则绝大多数能量都会被浪费掉,效率很低.半导体激光器发出的光绝大部分都很集中,很容易射入光纤端面.

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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