激光是什么
激光就是y射線嗎?還是a、B、y射線的混合,或者是其他呢?簡單的給你答案吧,激光不是Y射線,也不是a、0、y射線的混合,而是通過一種特別的機制,利用折騰電子的方式,產(chǎn)生的一種電磁波。這種電磁波能量可大可校y射線本質上也是一種電磁波,但它是折騰原子核的方式產(chǎn)生的,原子核幾乎集中了原子所有的質量,所以定性的想想,折騰原子核射出去的電磁波應該會比折騰電子射出去的強很多了,其實真實情況也是這樣的。大部分y射線比x射線強得多。
那什么是激光呢?中文翻譯其實挺言簡意賅的,就是受到激發(fā)后出來的光埃它英文名是LASER,五個字母其實都是縮寫,全稱是受激輻射光放大。那我們就仔細說說什么叫受激輻射的發(fā)光。咱們先看看普通的光源為什么會發(fā)光:比如像燈光、火光,它們是接收到能量以后,原子中的電子會吸收外界能量,注意是電子吸收了能量后,從低能級蹦到高能級上,就像蹦臺階一樣,但電子能站在第二級臺階上的時間短的可憐:一上去馬上就下來。就在下來的時候,把剛剛吃掉的那份能量就又吐出去了,吐出去就是以放出一份光子的方式實現(xiàn)的。
不過某種物質,如果你就是這么隨隨便便放在一個環(huán)境里,基本上說只要溫度還是幾千度以下,那簡直沒什么電子能激發(fā)到第二層臺階,到第三層臺階那就更沒可能了。有多少比例的電子去了2層、3層是有物理公式描述的,這些電子的分布滿足一個叫做玻爾茲曼的分布規(guī)律。簡單的說能爬到更高能級的電子的數(shù)量隨著能級升高,呈指數(shù)的下降,而且這個指數(shù)的數(shù)字還不小呢。比如說在20℃下:氫原子中處于最低能級的電子的數(shù)量是處于僅僅比它高一級的第二級能級電子數(shù)量的2.718的400次方,所以就算把溫度提高到幾百上千度,也依然對這個懸殊的比例沒什么提升。而且這個過程是很隨機的,那些自發(fā)輻射出的光子的方向往哪邊的都有,相位也不一樣,也有個別是從第三級往最低級跳的,這就是普通物體的發(fā)光,室溫下幾乎不可能看出來什么,溫度特別高時,開始展現(xiàn)出一些顏色。
但這些和激光完全沒法比,差距就體現(xiàn)在發(fā)光的統(tǒng)一上,激光射出來的光子都是一個方向,都是一個頻率都是一個相位。這些是怎么做到的呢?這得先找到一些特殊的晶體結構,這些晶體如果你給它加電場,或者持續(xù)用粒子轟擊這類晶體,就會讓電子的分布出現(xiàn)奇特的現(xiàn)象,就不是所有電子都趴在最低能級了,會有相當多的電子被往上拋到第3能級,或者更高的能級,然后這些電子還會往下落一下,比如這時候它們被扔到第三能級后,最終都安安穩(wěn)穩(wěn)趴在第二能級反正就是很奇特,它們竟然可以在第二能級待好久,比如幾毫秒。我們就是要抓住這種電子分布的大反轉,再用一個固定頻率的光照射這個晶體,這個光的頻率大都是從它當前那個能級往下跌落一個能級的,這兩個能級差對應的就是光子的頻率。這時候受激輻射就開始發(fā)生了,晶體就會發(fā)出跟誘發(fā)它的光完全一樣的光子出來,頻率一樣,發(fā)射方向一樣,偏振方向一樣,波的相位都完全一樣。而且你射入一個誘發(fā)的光子,那邊出來的就是多個同樣的光字,這就是一種放大效果,所以激光的英語LASER中第二個字母A,AmmhCon,就是放大的意思了。這個道理明白了,你就知道當我們掌握描述晶體的理論后可以計算很多事情,首先就是一個指定的晶體,它的電子能級分布是什么樣的,外加電場需要調整到怎樣的形式,就有可能讓晶體的電子排布來一個反轉。而且反轉過后,我們應該用什么頻率的光來激發(fā)它,激發(fā)出來的光是什么顏色的?放大的程度有多少。比如最早計算出來的就是用紅寶石晶體做的,紅寶石是什么呢,就是純凈的三氧化二鋁晶體。通過計算,在里面摻萬分之五的氧化鉻,用高壓氙燈把鉻的電子激發(fā)到第三能級,這些電子被拋上去后,很快墜落到第二能級,然后就穩(wěn)定了,這時候再算算這個晶體中氧化鉻的第一能級和第二能級的差,把能量差對應的光子頻率找出來,是694.3nm波長的光,這正好落在可見光范圍,是紅色的。就用這種光照射那個摻雜了的紅寶石.就會出現(xiàn)紅色激光了。上面大致就是激光發(fā)射的原理這背后就是量子力學應用在晶體上的成果;A科學有什么用?1920幾年你問玻爾、海森堡、泡利、薛定諤,他們也不知道:但一個完全體系的新理論遲早會改變世界的。
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