激光是由什么元素构成的?

供稿:hz-xin.com     日期:2024-05-08
激光器主要有几部分组成?各自的用处是什么?

激光器一般由三个部分组成,固体激光器也不例外:

(1).工作物质 这是激光器的核心,只有能实现能级跃迁的物质才能作为激光器的工作物质。目前,激光工作物质已有数千种,激光波长已由X光远至红外光。例如氦氖激光器中,通过氦原子的协助,使氖原子的两个能级实现粒子数反转;

(2).激励能源(光泵) 它的作用是给工作物质以能量,即将原子由低能级激发到高能级的外界能量。 通过强光照射工作物质而实现粒子数反转的方法称为光泵法。例如红宝石激光器,是利用大功率的闪光灯照射红宝石(工作物质)而实现粒子数反转,造成了产生激光的条件。通常可以有光能源、热能源、电能源、化学能源等。

(3).光学共振腔 这是激光器的重要部件,其作用一是使工作物质的受激辐射连续进行;二是不断给光子加速;三是限制激光输出的方向。最简单的光学共振腔是由放置在氦氖激光器两端的两个相互平行的反射镜组成。当一些氖原子在实现了粒子数反转的两能级间发生跃迁,辐射出平行于激光器方向的光子时,这些光子将在两反射镜之间来回反射,于是就不断地引起受激辐射,很快地就产生出相当强的激光。这两个互相平行的反射镜,一个反射率接近100%,即完全反射。另一个反射率约为98%,激光就是从后一个反射镜射出的。激光器主要由三部分组成:工作物质、激励能源、谐振腔(共振腔)。如图:红宝石激光器的基本结构。


——固体激光器一般采用光激励源。工作物质多为掺有杂质元素的晶体或玻璃。最常见的固体激光器有红宝石激光器、钕玻璃激光器、掺钕钇铝石榴石激光器等,固体激光器输出能量高,小而坚固,在激光加工、激光武器等方面有重要应用。


激光调Q 的基本原理

调Q技术就是通过某种方法使腔的Q值随时间按一定程序变化的技术。在泵浦开始时使腔处在低Q值状态,即提高振荡阈值,使振荡不能生成,上能级的反转粒子数就可以大量积累,当积累到最大值(饱和值)时,突然使腔的损耗减小,Q值突增,激光振荡迅速建立起来,在极短的时间内上能级的反转粒子数被消耗,转变为腔内的光能量,在腔的输出端以单一脉冲形式将能量释放出来,于是就获得峰值功率很高的巨脉冲激光输出。
下面简述电光晶体调Q的工作原理。YAG晶体在氙灯的光泵下发射自然光,通过偏振棱镜后,变成沿x方向的线偏振光,若调制晶体上未加电压,光沿光轴通过晶体,其偏振状态不发生变化,经全反射镜反射后,再次(无变化的)通过调制晶体和偏振棱镜,电光Q开关处于“打开”状态。如果在调制晶体上施加电压,由于纵向电光效应,当沿x方向的线偏振光通过晶体后,经全反镜反射回来,再次经过调制晶体,偏振面相对于入射光偏转了900,偏振光不能再通过偏振棱镜,Q开关处于“关闭”状态。如果再氙灯敢开始点燃时,事先再调制晶体上加电压,使谐振腔处于“关闭”的低Q状态,阻断激光振荡形成。待激光上能级反转的粒子数积累到最大值时,突然撤去晶体上的电压,使激光器瞬间处于高Q值状态,产生血崩式的激光振荡,就可输出一个巨脉冲

固态激光武器核心部件是一组宽4英寸的正方形透明薄板,这种体积非常适合用来最为航母舰炮或战机机炮。薄板微显紫色,由透明陶瓷管内充钕元素制造而成,钕原子充当“媒介聚合原子”,被激活后,能够产生光子,最终积聚成激光束

激光是电磁波,由光子组成。

激光原理

激光的基本原理

1、自发辐射与受激辐射

自发辐射是在没有任何外界作用下,激发态原子自发地从高能级向低能级跃迁,同时辐射出一光子。hn=E2-E1。

设发光物质单位体积中处于能级E1,E2的原子数分别为N1,N2,则单位时间内从E2向E1自发辐射的原子数为

A21为自发辐射概率(自发跃迁率):表示一个原子在单位时间内从E2自发辐射到E1的概率。

处于高能级E2上的原子,受到能量为hn= E2- E1的外来光子的激励,由高能级E2受迫跃迁到低能级E1,同时辐射出一个与激励光子全同的光子。称为受激辐射。

W21为表示一个原子在单位时间内从E2受激辐射跃迁到E1的概率。

2、粒子数反转

受激吸收与E1的原子数N1成正比,受激辐射与E2的原子数N2成正比。当N2《N1时发生受激辐射远少于发生受激吸收,是不可能实现光放大的.要实现光放大,必须采取特殊措施,打破原子数在热平衡下的玻耳兹曼分布,使N2>N1。我们称体系的这种状态为粒子数反转 (或“负温度”体系)。所以,产生激光的首要条件是实现粒子数反转。

能够实现粒子数反转的介质称为激活介质。要造成粒子数反转分布,首先要求介质有适当的能级结构,其次还要有必要的能量输入系统。供给低能态的原子以能量,促使它们跃迁到高能态去的过程称为抽运过程。

3、光学谐振腔

在激光器中利用光学谐振腔来形成所要求的强辐射场,使辐射场能量密度远远大于热平衡时的数值,从而使受激辐射概率远远大于自发辐射概率。

光学谐振腔的主要部分是两个互相平行的并与激活介质轴线垂直的反射镜,有一个是全反射镜,另一个是部分反射镜。在外界通过光、热、电、化学或核能等各种方式的激励下,谐振腔内的激活介质将会在两个能级之间实现粒子数反转。这时产生受激辐射,在产生的受激辐射光中,沿轴向传播的光在两个反射镜之间来回反射、往复通过已实现了粒子数反转的激活介质,不断引起新的受激辐射,使轴向行进的该频率的光得到放大,这个过程称为光振荡。这是一种雪崩式的放大过程,使谐振腔内沿轴向的光骤然增强,所以辐射场能量密度大大增强,受激辐射远远超过自发辐射.这种受激的辐射光从部分反射镜输出,它就是激光。沿其他方向传播的光很快从侧面逸出谐振腔,不能被继续放大。而自发辐射产生的频率也得不到放大。因此,从谐振腔输出的激光具有很好的方向性和单色性。

激光的特性

1、单色性好

2、方向性好

3、相干性好

4、能量集中

激光的应用

1、激光测距

2、激光加工与激光医疗

3、光信息处理和激光通信

4、激光在受控核聚变中的应用

5、激光的非线性效应

[编辑本段]【简介】
激光的最初中文名叫做“镭射”、“莱塞”,是它的英文名称LASER的音译,是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词的头一个字母组成的缩写词。意思是"通过受激发射光扩大"。激光的英文全名已完全表达了制造激光的主要过程。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。
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,被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”。它的亮度为太阳光的50亿倍。它的原理早在 1916 年已被著名的物理学家爱因斯坦发现,但要直到 1958 年激光才被首次成功制造。激光是在有理论准备和生产实践 迫切需要的背景下应运而生的,它一问世,就获得了异乎寻常的飞快发展,激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生,而且导致整个一门新兴产业的 出现。激光可使人们有效地利用前所未有的先进方法和手段,去获得空前的效益和成果,从而促进了生产力的发展。
[编辑本段]【激光产生】
若原子或分子等微观粒子具有高能级E2和低能级E1,E2和E1能级上的布居数密度为N2和N1,在两能级间存在着自发发射跃迁、受激发射跃迁和受激吸收跃迁等三种过程。受激发射跃迁所产生的受激发射光,与入射光具有相同的频率、相位、传播方向和偏振方向。因此,大量粒子在同一相干辐射场激发下产生的受激发射光是相干的。受激发射跃迁几率和受激吸收跃迁几率均正比于入射辐射场的单色能量密度。当两个能级的统计权重相等时,两种过程的几率相等。在热平衡情况下N2<N1,所以受激吸收跃迁占优势,光通过物质时通常因受激吸收而衰减。外界能量的激励可以破坏热平衡而使N2>N1,这种状态称为粒子数反转状态。在这种情况下,受激发射跃迁占优势。光通过一段长为l的处于粒子数反转状态的激光工作物质(激活物质)后,光强增大eGl倍。G为正比于(N2-N1)的系数,称为增益系数,其大小还与激光工作物质的性质和光波频率有关。一段激活物质就是一个激光放大器。
如果,把一段激活物质放在两个互相平行的反射镜(其中至少有一个是部分透射的)构成的光学谐振腔中(图1),处于高能级的粒子会产生各种方向的自发发射。其中,非轴向传播的光波很快逸出谐振腔外:轴向传播的光波却能在腔内往返传播,当它在激光物质中传播时,光强不断增长。如果谐振腔内单程小信号增益G0l大于单程损耗δ(G0l是小信号增益系数),则可产生自激振荡。原子的运动状态可以分为不同的能级,当原子从高能级向低能级跃迁时,会释放出相应能量的光子(所谓自发辐射)。同样的,当一个光子入射到一个能级系统并为之吸收的话,会导致原子从低能级向高能级跃迁(所谓受激吸收);然后,部分跃迁到高能级的原子又会跃迁到低能级并释放出光子(所谓受激辐射)。这些运动不是孤立的,而往往是同时进行的。当我们创造一种条件,譬如采用适当的媒质、共振腔、足够的外部电场,受激辐射得到放大从而比受激吸收要多,那么总体而言,就会有光子射出,从而产生激光。

光是由什么元素组成的?
答:光也是物质,但是不是普通的物质,在自然界中,物质分成了实物和场,实物比如电视机等等,场比如磁场,电场等等,光就属于场,所以光不是由什么元素组成的,它有自己的特性(粒子性和波动性)...

风,光,暗由哪些五行元素生成的
答:五行有木突、火、土、金、水组成,风属木,光属火;风,光由五行(生克)运行产生。

光是由于元素组成的吗
答:光是一种人类眼睛可以见的电磁波(可见光谱)。在科学上的定义,光有时候是指所有的电磁波谱。光是由一种称为光子的基本粒子组成。具有粒子性与波动性,或称为波粒二象性。光可以在真空、空气、水等透明的物质中传播。

光也是由原子构成的吗
答:光是由光子构成,光子是一种基本粒子,在微观世界里,粒子都具有波粒二相性,可以理解为即是粒子又是波。光子是一种没有静止质量的粒子。火焰其实是一种化学反应过程。燃烧产生能量,其中一部分能量以光的形式表现出来。呵呵...

光有哪些元素组成?
答:这是由太阳光照到物体上时,一部分光被物体表面反射,另一部分被物体吸收,剩下的穿过物体透射出去不透明的物体的颜色是由它反射的光线颜色决定的。如果物体能反射阳光中所有的七种色光,那么这个物体就是白色的;反之,如果...

光是由什么基本结构(或者说什么元素)构成的?
答:从宏观角度看,光的波动性赋予了我们视觉感知的色彩和亮度,是光与物质相互作用的媒介。总的来说,光的构成并非简单,它是由无内部结构的光子和波动的电磁波交织而成,它们在粒子与波动的双重舞蹈中,展现出自然界的复杂而...

光是由什么基本结构(或者说什么元素)构成的?
答:光是是一种由称为光粒子的基本粒子组成的粒子流。光子结构讲的是,基本粒子(与量子论中的定义不同,详见《二态物论》第1节)是构成光子的基本单元,若干基本粒子通过叠加方式凝聚成的棒状粒子,称作光子。光子是空心的管状...

光是有什么组成的?有什么性质?发光需要什么条件吗?Thank you._百度知...
答:光就是电磁波,就和收音机收的电磁波本质是一样的,只是这种光我们人眼能“看”到!电磁波的本质是不断变化的电场和磁场。从量子学讲,光的能量是一份一份传播的,是由光子构成。(光子和粒子是两码事,却有相似之处)...

请问太阳射出光是由什么组成的,他由什么成份组成而形成太阳光的。
答:太阳是由什么组成的?组成太阳的物质大多是些普通的气体,其中氢约占71%,氦约占27%,其它元素占2%。太阳从中心向外可分为核反应区、辐射区和对流区、太阳大气。太阳的大气层,像地球的大气层一样,可按不同的高度和...

光是从哪里来的?
答:下面分条回答。1.光是从哪里来的?光是由光子构成的,光子来源于各种形式的能量释放过程,光子的频率表征能量的大小。2.光为什么能通过空气传播?在真空中,不靠空气又是如何传播的?光的传播不需要任何介质(在上世纪早些...