氬離子激光英語怎麼說及英文單詞

『壹』 幾個關於激光的問題

粒子數反轉與光放大
發布時間：2004-12-27 14:53:58

在受激輻射中怎樣把粒子數提高到高能級上，總的來說粒子數在能級上的分布有兩種：一種是熱平衡分布，即粒子體系（同種粒子）在熱平衡狀態下，各能級上的粒子數遵從玻耳茲曼分布：公式Ni＝Ne－Ei/KT，Ni為單位體積中總的粒子數，K為玻耳茲曼常數（1.38×10-6），T為絕對溫度。把兩上能級上的粒子數相比時可以看到，N2/N1＝e(-E2-E1)/KT，由於E2＞E1，而絕對T≠0，K是正整數，KT＞0因此N2＜N1。其主要原理是高能級上的粒子數，要比低能級的粒子數少（在受激發時）。光輻射在熱平衡狀態下的粒子體系在相互作用下，粒子體系吸收光子的數大於受激輻射產生的光子數，光吸收起主導作用。在一般的情況下觀察不到光的放大現象，但可以觀察到光的吸收現象。要想實現光的放大作用，必須得把熱平衡分布倒轉過來，就可使粒子數在能級中進行另一種新的分布，即非熱平行分布。這種新的分布使高能級上粒子分布的數量大於在低能級上粒子分布的數量，即N2＞N1。這時受激輻射的過程大於吸收過程，從而實現光放大，一般常稱為粒子反轉分布。所謂的「反轉」，是對熱平衡分布比較而言。

處於高能級被反轉上去的粒子很不穩定，常會自發在或在外加的刺激下輻射出能量，從高能級粒子躍遷到低能級上，促使粒子體系回到熱平衡分布狀態。因而可以看出，實現粒子數反轉是實現受激輻射的必要條件之一。粒子數如何實現反轉分布，涉及兩個方面：一是粒子體系（工作物質）的內結構；二是給工作物質施加外部作用。所講的工作物質是指在特定條件下能使兩個能級間達到非熱平衡狀態，而實現光放大，不是每一種物質都能做工作物質。粒子體系中有一些粒子的壽命很短暫，只有10-8秒。有一部分壽命相對較長些，如鉻離子在高能級E2上壽命只不過是幾個毫秒。壽命較長的粒子數能級叫做亞穩態能級，除鉻離子外，還有一些亞穩態能級，主要有釹離子、氖原子、二氧化碳分子、氪離子、氬離子等。有了亞穩態能級，在這一時間內就可以實現某一能級與亞穩態能級實現粒子數反轉，以達到對特定頻率輻射光進行光放大。意即粒子數反轉是產生光放大的內因。那外因是什麼？既對亞穩態能級粒子體系（主要工作物質）增加某種的外部作用。由於熱平衡的分布中粒子體系處於低能級的粒子數，總是大於處在高能級上的粒子數，當要實現粒子數反轉，就得給粒子體系增加一種外界的作用，促使大量低能級上的粒子反轉到高能級上，這種過程被叫做激勵，或被稱為泵浦，尤如把低處的水抽到高處一樣。

經過大量實踐，了解並掌握了一些粒子數反轉的有效方法。對固體形的工作物質常應用強光照射的辦法，即為光激勵。這類工作物質常應用的有摻鉻剛玉、摻釹玻璃、摻釹釔鋁石榴石等等。對氣體形的工作物質，常應用放電的辦法，促進特定儲存氣體物質按一定的規律經放電而激勵，常應用的工作氣體物質，有分子氣體（如CO2氣體）及原子氣體（如He-Ne原子氣體）。如工作物質為半導體的物質，採用注入大電流方法激勵發光，常見的有砷化鎵，這類注入大電流的方法被叫做注入式激勵法。此外，還可應用化學反應方法（化學激勵法）、超音速絕熱膨脹法（熱激勵），電子束甚至用核反應中生成的粒子進行轟擊（電子束泵浦、核泵浦）等方法，都能實現粒子數反轉分布。從能量角度看，泵浦過程就是外界提供能量給粒子體系的過程。激光器中激光能量的來源，是由激勵裝置，其它形式的能量（諸如光、電、化學、熱能等）轉換而來。

光學諧振腔

處於粒子數反轉狀態的粒子體系（工作物質）。具有特定頻率的光進行放大。激光振盪器中工作物質發出的光不是外來的，而是工作物質本身自發躍遷而產生的，即自發輻射（非受激輻射）。由於自發輻射沒有確定的頻率及傳播方向，且雜亂無章。為使自發輻射頻率單一性，就需要有一裝置來實現，即光學諧振腔。

要解決自發輻射，使其呈單一性的方法是只有在工作物質的兩側放置兩塊反射鏡。而且兩塊反射鏡必須彼此平行，並與工作物質的光軸垂直。兩個反射鏡中，一個是全反射鏡，反射有效率為99.8％，一個是半反射鏡。反射率為40％～60％。諧振腔即指兩塊反射鏡構成的空間。在諧振腔中，初始的光輻射是來自自發輻射，即處於高能級上粒子自發輻射光子躍遷到低能級。由於這類輻射出來的光子初相位無規律地向四面八方射出。這種光不是激光。而是像點烯的一個火種――尤如生爐子點火一樣。

激光振盪反射示意圖

自發輻射光子不斷產生，同時射向工作物質，再激發工作物質產生很多新光子（受激輻射）。光子在傳播中一部分射到反射鏡上，另一部分則通過側面的透明物質跑掉。光在反射鏡的作用下又回到工作物質中，再激發高能級上的粒子向低能級躍遷，而產生新的光子。在這些光子中，不在沿諧振腔軸方向運動的光子。就不與腔內的物質作用。沿軸方向運動的光子，經過諧振腔中的兩個反射鏡多次反射，使受激輻射的強度越來越強。促使高能級上的粒子不斷地發出光來。如果光放大到超過光損耗時（衍射、吸收、散射等損失）產生光的振盪，使積累在沿軸方向的光，從部分反射鏡中射出這就形成激光。

在諧振腔的反饋過程中，我們了解到光只能沿諧振腔的軸向傳播，因此激光具有很高的方向性。又由於諧振腔中兩個反射鏡之間距離不同，光在腔內不斷地反射，得到加強。而其它波長的光在腔內很快被衰減掉，諧振腔就可以選擇一固定波長，說明激光具有單色性。而激光的亮度高是由光放大產生的。

激光
激光的最初中文名叫做「鐳射」、「萊塞」，是它的英文名稱LASER的音譯，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各單詞的頭一個字母組成的縮寫詞。意思是「受激輻射的光放大」。

什麼叫做「受激輻射」？它基於偉大的科學家愛因斯坦在1916年提出了的一套全新的理論。這一理論是說在組成物質的原子中，有不同數量的粒子（電子）分布在不同的能級上，在高能級上的粒子受到某種光子的激發，會從高能級跳到（躍遷）到低能級上，這時將會輻射出與激發它的光相同性質的光，而且在某種狀態下，能出現一個弱光激發出一個強光的現象。這就叫做「受激輻射的光放大」，簡稱激光。

激光主要有四大特性：激光高亮度、高方向性、高單色性和高相乾性

激光的高亮度：固體激光器的亮度更可高達1011W／cm2Sr。不僅如此，具有高亮度的激光束經透鏡聚焦後，能在焦點附近產生數千度乃至上萬度的高溫，這就使其可能可加工幾乎所有的材料。

激光的高方向性：激光的高方向性使其能在有效地傳遞較長的距離的同時，還能保證聚焦得到極高的功率密度，這兩點都是激光加工的重要條件

激光的高單色性：由於激光的單色性極高，從而保證了光束能精確地聚焦到焦點上，得到很高的功率密度。

激光的高相乾性：相乾性主要描述光波各個部分的相位關系。正是激光具有如上所述的奇異特性因此在工業加工中得到了廣泛地應用。

目前激光已廣泛應用到激光焊接、激光切割、激光打孔（包括斜孔、異孔、膏葯打孔、水松紙打孔、鋼板打孔、包裝印刷打孔等）、激光淬火、激光熱處理、激光打標、玻璃內雕、激光微調、激光光刻、激光制膜、激光薄膜加工、激光封裝、激光修復電路、激光布線技術、激光清洗等。

經過30多年的發展，激光現在幾乎是無處不在，它已經被用在生活、科研的方方面面：激光針灸、激光裁剪、激光切割、激光焊接、激光淬火、激光唱片、激光測距儀、激光陀螺儀、激光鉛直儀、激光手術刀、激光炸彈、激光雷達、激光槍、激光炮……，在不久的將來，激光肯定會有更廣泛的應用。

經過30多年的發展，激光現在幾乎是無處不在，它已經被用在生活、科研的方方面面：激光針灸、激光裁剪、激光切割、激光焊接、激光淬火、激光唱片、激光測距儀、激光陀螺儀、激光鉛直儀、激光手術刀、激光炸彈、激光雷達、激光槍、激光炮……，在不久的將來，激光肯定會有更廣泛的應用。
激光武器是一種利用定向發射的激光束直接毀傷目標或使之失效的定向能武器。根據作戰用途的不同，激光武器可分為戰術激光武器和戰略激光武器兩大類。武器系統主要由激光器和跟蹤、瞄準、發射裝置等部分組成，目前通常採用的激光器有化學激光器、固體激光器、CO2激光器等。激光武器具有攻擊速度快、轉向靈活、可實現精確打擊、不受電磁干擾等優點，但也存在易受天氣和環境影響等弱點。激光武器已有30多年的發展歷史，其關鍵技術也已取得突破，美國、俄羅斯、法國、以色列等國都成功進行了各種激光打靶試驗。目前低能激光武器已經投入使用，主要用於干擾和致盲較近距離的光電感測器，以及攻擊人眼和一些增強型觀測設備；高能激光武器主要採用化學激光器，按照現有的水平，今後5—10年內可望在地面和空中平台上部署使用，用於戰術防空、戰區反導和反衛星作戰等。