我們知道，與一般的光相比，激光有著“單色性好”“準直性強”“亮度極高”等特點，從而備受工業生產和科學研究的青睞。然而激光為什么會擁有這些特點？想要了解這些，我們還是要從激光的發明過程入手。激光的英文名稱，我們相對熟悉：“laser”，其實這是一個英文縮寫，全稱為“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”，即“受激輻射光放大”。這個英文名字已經展示了激光的生成原理：物質受到外界刺激，并形成光子對外輻射能量。
根據現代物理學的研究，能量并不是我們所設想的那樣是連續的，而是有其最小的單位，也就是說如果把能量不停地進行細分，我們最終可以得到一個無法再細分的能量單位。這一理論在1900年由普朗克提出，雖然違反普通人的一般直覺，但在后來的實驗中一再得到驗證。
能量的最小單位被稱為“量子”，由普朗克常數（）決定。這是一個非常小的單位，通常只有在微觀世界才有實際意義，比如衡量原子等微觀粒子的能量時。對原子而言，可以擁有“1單位”“2單位”等等若干單位能量。能量呈現階梯型排布，可以用“能級”來表示，原子的能量變化呈現一階一階的模式，這個過程有點像是“上臺階”而不是“坐滑梯”，為了形象地描述這種能量變化過程，所以我們稱之為“能級的躍遷”。
我們知道，物質不滅，能量守恒，能量不能憑空產生也不能憑空消失。一個小朋友從滑梯上滑下來，他原本具有的重力勢能被轉化為了動能，并隨著滑下來的過程變成內能散發到大氣中。而一個原子中含有磁場勢能，在外界刺激下發生躍遷，從而丟失掉一部分磁場勢能，這部分能量就被輻射出去的光子攜帶出去了。而吸收或者輻射的光子能量值，自然就是原子原本的能量值＝和后來的能量值 之差（），而頻率可以通過剛才提到的普朗克常數計算（）。
1917年，愛因斯坦提出具有劃時代意義的“受激輻射”理論。他指出，當頻率為一定值的光子入射時，會有一定的概率誘發處于高能級 上的原子躍遷到較低能級 ，并輻射出兩個光子（一個是原來就有的光子，另一個是能級躍遷輻射出來的光子）。這兩個光子相位、偏振態、頻率及傳播方向都完全相同，這個過程被稱作受激輻射。不難看出，我們通過讓一個光子射入，得到了兩個對外輻射的光子，只需要提供足量的處于高能級上的原子，經過這樣的鏈式反應就可以一傳二，二傳四，得到大量性質一致的光子，
相當于原來的光得到了放大。而且，由于能量以階梯形式存在，固定的能級躍遷帶來的光子頻率是固定的，也就是說經過放大的光，將擁有著自然界任何光都無可比擬的單色性、準直性和亮度。
理論引導實踐，在接下來的四十余年中，無數科學家嘗試從實踐上驗證愛因斯坦的理論，終于在1960年5月16日，美國科學家西奧多·梅曼用人造紅寶石作為工作物質提供高能級原子，用一束普通的閃光燈作為工作光源提供原始光子，得到了一束紅色的脈沖光。這就是人類有史以來制造出的第一束激光。
這是個注定會載入史冊的日子：激光以每秒三十萬千米的速度，影響人類世界的方方面面，成為了人類移山填海、無堅不摧的利劍。由此開始，激光衍生出眾多應用領域，也深刻改變了傳統制造業的面貌。
來源： 維科網激光
|
中文版
ENGLISH
