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激光真有这么奇特吗?详解激光的机理!

2018-10-07 13:10      点击:

  激光真有这么奇特吗?详解激光的机理!

  

看过科幻片的朋友,必定忘不了星球大战里的激光兵器吧!绝地武士们手持光剑用力一挥,任何坚固的金属都会应声而断,在电影生化危机中,网状的激光光束向特种部队迎面而来,只见一个人瞬间被切成一块块的「人排」,听起来有点厌恶,究竟什么是激光呢?激光真的有这么奇特吗?

  

构成“激光”,先完结两个重要过程

  

「激光(Laser)」是「Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation」的缩写,意思是「运用鼓励放射来添加光的强度」,所谓的「鼓励放射」其实就是完结两个重要的过程,第一个是「能量激起(Pumping)」,第二个是「共振扩大(Resonance)」:

  

能量激起(Pumping)

  

固体激光(大多运用光激起光)归于「原子发光」,前面从前介绍过原子发光的原理为,外加能量(光能或电能)激起掺杂原子的电子由内层能级跳到外层能级,当电子由外层能级跳回内层能级时,将能量以光能的型式释放出来,如图二(a)所示。半导体激光(大多运用电激起光)则是归于「半导体发光」,前面从前介绍过半导体发光的原理为:外加能量(光能或电能)激起半导体的电子由价带跳到导带,当电子由导带跳回价带时,将能量以光能的型式释放出来,如图二(b)所示。

  

要宣布激光,受激辐射是最基本的条件,如图二(c)所示,能量激起有「光激起光(PL)」或「电激起光(EL)」二种方法,不管运用那一种方法都能够发生激光,光激起光(PL)是外加光能使电子跳动;电激起光(EL)则是外加电能使电子跳动,将在后边具体介绍。

  

  

图二能量激起的原理

  

谐振扩大(Resonance)

  

在发光区外加一对「谐振腔(Cavity)」,谐振腔其实能够运用一对镜子组成,如图三所示,使光束在左右两片镜子之间来回反射,不停地经过发光区吸收光能,最终发生谐振效应,使光的能量扩大。

  

光激起光(PL:Photoluminescence)?咱们以「钛蓝宝石激光(Ti Sapphire laser)」为例,先在蓝宝石内掺杂钛原子得到钛蓝宝石晶体,在晶体四周放置许多高亮度的光源(宣布某一种波长的光)对着晶体照耀,当晶体吸收光能发生「能量激起(Pumping)」,则会宣布别的一种波长(色彩)的光。发射出来的光经由左右两个反射镜来回反射发生「谐振扩大(Resonance)」,因为右方的反射镜规划能够穿透5%的光,所以高能量的激光就会由右方穿透射出,如图三(a)所示。

  

电激起光(EL:Electroluminescence)咱们以「砷化镓激光二极管(GaAs laser diode)」为例,先在砷化镓激光二极管芯片(大约只要一粒砂子的巨细)上下各蒸镀一层金属电极,对着芯片施加电压,当芯片吸收电能发生「能量激起(Pumping)」,则会宣布某一种波长(色彩)的光。发射出来的光经由左右两个晶体镜面反射镜来回反射发生「谐振扩大(Resonance)」,因为右方的反射镜规划能够穿透5%的光,所以高能量的激光光束就会由右方穿透射出,如图三(b)所示。

  

  

图三激光发生的原理