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透彻解析:激光到底是怎么来的

导读: 1960年,世界上的第一束人造激光刺破了加州修斯实验室的宁静,西奥多·梅曼发明的红宝石激光器,开启了人类创造激光、利用激光改造世界的大门。此后五十余年来,激光科学发展迅猛,激光技术的普及应用也从方方面面走进了人们的生活。本文将用相对通俗的语言,为大家讲解激光形成的原理。

红宝石激光器包括泵浦源(简单来说,就是给激光器提供最初始能量的外界物质,对红宝石激光器而言,泵浦源是氙闪光灯,从某种角度来看,反射罩也可算作泵浦源)、增益介质(用以提供光放大,是产生激光的主体,即红宝石棒)、谐振腔(形成激光的区域,可用两端各一个反射镜来构成红宝石激光器的谐振腔)。

透彻解析:激光到底是怎么来的

工作时,首先给泵浦源通电,氙闪光灯发出高频强光(散射光),直接照射和周围反射罩的聚光把强光都聚集在增益介质——红宝石上。红宝石晶体在吸收径向(四周指向轴心)强聚集光的辐射之后,内部电子向能量低的方向辐射。由于红宝石径向受强光照射,只有轴向是低能区域,于是受光的红宝石向轴向发出辐射。由于晶体的核外电子速率是相等的,所以轴向发出辐射的频率基本相同。

谐振腔由两片装置在红宝石晶体轴向两端、相隔一定距离的反光镜组成,后片为全反射镜(反射率为100%),前片为半反射镜(当光束达到一定能量的时候,会从该反射镜中透射输出腔外,反射率可取70%-90%)。红宝石晶体沿轴向所发出的辐射碰到反射镜,在两片反光镜之间来回反射,反复穿过红宝石晶体。每次穿过红宝石晶体,都会激发等量的光子,即每次穿过晶体,光束能量会翻倍。最终光束能量越来越大,当能量超过一定值的时候(阈值),光束即从前端镜片中间发射输出,形成激光。

红宝石激光器输出的激光波长为694.3nm,光电转换率低,只有0.1%。但其荧光寿命长,有利于储能,可输出较高的脉冲峰值功率,一根笔芯粗细,手指长的红宝石棒产生的激光就可以轻松的产生打穿铁皮。在效率更高的YAG激光器出现之前,红宝石激光器被广泛地用在激光切割、钻孔上。此外,694nm的光极易被黑色素吸收,因此红宝石激光器还被用于色素性病变(皮肤长斑)的治疗。

至此,相信各位对激光形成的原理都有了较为清晰的认识。其他种类激光器的结构和激光的形成过程与虽红宝石激光器略有不同,但原理上基本一致,就不再展开了。

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