激光是20世纪以来,继原子能、计算机、半导体之后,人类的又一重大发明。
如今,激光已经被应用在了环绕我们生活的各个领域,不仅普遍应用于激光碎石手术、激光切割、激光测距等医疗与工业领域,甚至在军事领域也常常有激光的身影,例如激光制导、激光雷达以及中、美等国都在研制的激光武器等等。
那么,激光相比普通光源有哪些特点呢?首先,我们要知道光是什么。
光可以被想象成是由一个个非常小的粒子(光子)组成,通常情况下,它们具有不同的能量、不同的运动方向,这些就是我们时刻能看到的各种颜色普通光。但是,假如这些光子携带的能量相同、运动方向也相同,所有光子排着整齐的队列步调一致地向着一个方向,它们就组成了激光。
正是由于这些特点,使得激光有着几个普通光源不具备的特点:单色性好、方向性好、相干性好、亮度高。
单色性好
不同能量光子组成的光在我们人眼中看来就是不同颜色的光,而激光中光子的能量都相同,使得激光的谱线带宽仅为数个纳米,所以在我们看来,可见激光就是只有一种“很纯”的颜色的单色光。
方向性好
由于激光中光子的运动方向都几乎完全相同,角度的最大偏差甚至不超过0.001rad,接近平行,因此当激光在真空中传播时,即使传播再远的距离,激光的光斑尺寸仍然非常的小。1962年,人类第一次用激光照射月球,地球距离月球的距离大约为38万公里,但激光在月球表面的光斑直径还不到2公里。
相干性好
因为激光中光子都以完全一致的步调向着一个方向前进,也即其频率、方向、初始相位信息都完全相同,所以当把一束激光分为两束时,这两束激光即使有较大光程差,但仍然能发生明显的干涉现象。普通光的相干长度约为一毫米至几十厘米,而激光的相干长度可达几十公里。
亮度高
由于激光方向性好,所以可以把能量高度集中在很小的空间尺度之内,这就使得激光具备很高的亮度。一台普通激光器输出的亮度都可达太阳表面亮度的10亿倍
正是这些普通光所没有的特点,使得激光在各领域都有着非常广泛的应用。
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