激光的单色性

激光单色性好的原因

激光产生原理：

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。而光是一种电磁波。光的颜色取决于它的波长。而普通光源发出的光通常包含着各种波长，是由各种颜色的光的混合。太阳光包含红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的可见光、红外线、紫外线等不可见光。而某种激光的波长，由于共振腔的筛选作用，被选出的光线只集中在十分窄的光谱波段或频率范围内。所以发出的光的颜色比较接近。在我们肉眼看来，颜色比较纯。这就是激光单色性好的原因。

应用：

A医学：

激光的单色性在临床选择性治疗上获得重要应用。已成为基础医学研究与临床诊断的重要手段。

例如：治疗近视，美容祛斑等。

B测量：

激光的单色特性在光谱技术及光学测量中也得到广泛应用。

例如：激光测距，

C武器：

1.烧蚀。因为激光单色性好，能量相当高，一旦射向目标，所中部位马上消化，从而导致目标发生热爆炸。

2.激波。当目标遭到照射产生汽化的瞬间，气体就会快速喷射形成激波。目标在激光及激波的夹击下，顷刻爆裂飞溅。

3.辐射。激光武器攻击目标时，还可以发射紫外线和X射线，它的辐射效应对目标内部的电子、光学器件的损伤破坏，比激光直接辐射的破坏更加有效。激光武器特点

高度集束的激光，能量也非常集中。举例说，在日常生活中我们认为太阳是非常亮的，但一台巨脉冲红宝石激光器发出的激光却比太阳还亮200亿倍。当然，激光比太阳还亮，并不是因为它的总能量比太阳还大，而是由于它的能量非常集中。例如，红宝石激光器发出的激光射束，能穿透一张3厘米厚的钢板，但总能量却不足以煮熟一个鸡蛋。

激光作为武器，有很多独特的优点。首先，它可以用光速飞行，每秒30万公里，任何武器都没有这样高的速度。它一旦瞄准，几乎不要什么时间就立刻击中目标，用不着考虑提前量。另外，它可以在极小的面积上、在极短的时间里集中超过核武器100万倍的能量，还能很灵活地改变方向，没有任何放射性污染。

激光武器分为三类：一是致盲型。前面我们讲过的机载致盲武器，就属于这一类。二是近距离战术型，可用来击落导弹和飞机。1978年美国进行的用激光打陶式反坦克导弹的试验，就是用的这类武器。三是远距离战略型。这类的研制困难最大，但一旦成功，作用也最大，它可以反卫星、反洲际弹道导弹，成为最先进的防御武器。

激光怎样击毁目标呢？科学家们认为有两个方面：一是穿孔，二是层裂。所谓穿孔，就是高功率密度的激光束使靶材表面急剧熔化，进而汽化蒸发，汽化物质向外喷射，反冲力形成冲击波，在靶材上穿一个孔。所谓层裂，就是靶材表面吸收激光能量后，原子被电离，形成等离体“云”。“云”

向外膨胀喷射形成应力波向深处传播。应力波的反射造成靶材被拉断，形成“层裂”破坏。除此以外，等离子体“云”还能辐射紫外线或X光，破坏目标结构和电子元件。

激光武器作用的面积很小，但破坏在目标的关键部位上，可造成目标的毁灭性破坏。这和惊天动地的核武器相比，完全是两种风格。

D通信：

激光是一种方向性极好的单色相干光。利用激光来有效地传送信息，叫做激光通信。

优点：1、通信容量大。2、保密性强。3、结构轻便，设备经济。

总结：

激光的单色性如此卓越，原因有2个：

①激光器的受激发射发生在荧光谱线固定的两能级之间，只有频率满足v =(E2 - E1)／h的光波才能得到放大；

②激光谐振腔的干涉作用使得只有那些满足谐振腔共振条件的频率，并且又落在工作物质谱线宽度内的光振荡才能形成激光输出。

参考文献：

1.激光的产生原理及其特性

2.激光的四大特性

3.激光的单色性

4.激光单色性机理评析

5.激光单色性和可见光单色性的本质与机理

6.激光束特性与模式

7.激光应用技术

8.激光通信

9.激光技术与工业应用

10.中国光学与应用光学文摘