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激光到底是什么物态?

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CpahmDLO | 未知
激光(港台译作雷射,有时亦称激光;英语:Laser,全称Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation,意思是“通过受激辐射线的放射达到光的放大”)指通过受激辐射放大和必要的反馈,产生准直、单色(monochrome)、相干(coherent)的光束的过程及仪器。而基本上,产生激光需要“共振腔”(resonator)、“增益介质”(gain medium)及“激发来源”(pumping source)这三个要素。
历史
爱因斯坦在1930年代描述了原子的受激辐射。在此之后人们很长时间都在猜测,这个现象可否被用来加强光场,因为前提是必须有占据逆转(或译居量反转)存在。而这在一个二级系统中是不可能的。首先人们想到了三级系统,而且计算证实了辐射的稳定性。
1958年,美国科学家肖洛和汤斯发现了一种神奇的现象:当他们将氖光灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时,晶体的分子会发出鲜艳的、始终会聚在一起的强光。根据这一现象,他们提出了"激光原理",即物质在受到与其分子固有振荡频率相同的能量激励时,都会产生这种不发散的强光--激光。他们为此发表了重要论文。
肖洛和汤斯的研究成果发表之后,各国科学家纷纷提出各种实验方案,但都未获成功。1960年5月16日,美国加利福尼亚州休斯实验室的科学家梅曼宣布获得了波长为0.6943微米的激光,这是人类有史以来获得的第一束激光,梅曼因而也成为世界上第一个将激光引入实用领域的科学家。
1960年7月7日,梅曼宣布世界上第一台激光器由诞生,梅曼的方案是,利用一个高强闪光灯管,来刺激红宝石。由于红宝石其实在物理上只是一种掺有铬原子的刚玉,所以当红宝石受到刺激时,就会发出一种红光。在一块表面镀上反光镜的红宝石的表面钻一个孔,使红光可以从这个孔溢出,从而产生一条相当集中的纤细红色光柱,当它射向某一点时,可使其达到比太阳表面还高的温度。
前苏联科学家尼古拉·巴索夫于1960年发明了半导体激光器。半导体激光器的结构通常由p层、n层和形成双异质结的有源层构成。其特点是:尺寸小,p合效率高,响应速度快,波长和尺寸与光纤尺寸适配,可直接调制,相干性好。
在1980年代后期,半导体技术使得更高效而耐用的半导体激光二极管成为可能,这些在小功率的CD和DVD光驱和光纤数据线中得到使用。
在1990年代,高功率的激光激发原理得到实现,比如片状激光和纤维激光。后者由于新的加工技术和20kW的高功率不断地被应用到材料加工领域中,从而部分的替代了CO2激光和Nd:YAG-激光。
2000年代,激光的非线性得到利用,来制造X射线脉冲(来跟踪原子内部的过程);另一方面,蓝光和紫外线激光二极管已经开始进入市场。在2009年,中国研制出一种名为氟代硼铍酸钾(KBBF)的晶体,可用于激发深紫外线激光,一旦成功应用,可令每片光碟的容量超过1TB,亦使半导体上可储存的电路密度大幅提高[1]。
现在,激光已成为工业,通讯,科学及电子娱乐中的重要设备。
原理
受激辐射
电子的运动状态可以分为不同的能级,电子从高能级向低能级跃迁时,会释放出相应能量的电磁波,光子(所谓自发辐射)。一般的发光体中,这些电子释放光子的动作是随机的,所释放出的光子也没有相同的特性,例如钨丝灯发出的光。
当外加能量以电场、光子、化学等方式注入到一个能级系统并为之吸收的话,会导致电子从低能级向高能级跃迁(所谓受激吸收); 然后,当自发辐射产生的光子碰到这些因外加能量而跃上高能级的电子时,这些高能级的电子会因受诱导而迁到低能级并释放出光子(所谓受激辐射),受激辐射的所有光学特性根原来的自发辐射包括:频率、相位、前进方向等会是一样的,这些受激辐射的光子碰到其他因外加能量而跃上高能级的电子时,又会再产更多同样的光子,最后光的强度越来越大(即光线被放大了),而与一般的光不同的是所有的光子都有相同的频率、相位、前进方向。
要做到光放大,就要产生一个高能级电子比低能量级电子数目多的环境,即粒子数反转(population inversion),这样才有机会让高能级电子碰上光子来释放新的光子,而不是随机释放。
一般激光发产生器有三个基本要素:
“激发来源”(pumping source),把能量供给低能级的电子,激发使其成为高能级电子,能量供给的方式有电苛放电、光子、化学作用…。
“增益介质”(gain medium),被激发、释放光子的电子所在的物质,其物理特性会影响所产生激光的波长等特性。
“共振腔”(resonator),是两面互相平行的镜子,一面全反射,一面半反射。作用是把光线在反射镜间来回反射,目的是使被激发的光经过增益介质多次以得到足够的放大,当放大到可以穿透半反射镜时,激光便从半反射镜发射出去。因此,此半反镜也被称为(output coupler)。两镜面之间的距离也对输出的激光波长有着选择作用,只有在在两镜间的距离能产生共振的波长才能产生激光。
粒子数反转
在一个二级系统中,一个电子自低能级向高能级跃迁和自高能级向低能级跃迁的概率是一样的。为了达到光放大的作用,在高能级必须有更多的电子,使得受激辐射发生的概率更高。这个状态称为占据逆转。出于这个原因,所以以光子激发的二级系统是无法实现激光的,所以激光一般是以通过三级系统和四级系统得到实现。在三级系统中,电子受激跃迁到高能级后,便很快转为亚稳态。由此激光媒介被激发为高能态,占据逆转得到实现。
激光一词的来历
1960年7月7日,美国科学家梅曼(Theodore Harold Maiman)发明了第一台激光器,1961年,中国第一台激光器在中科院长春光机所研制成功。但当时中国并没有激光一词,中国科学界对它(英文Light Amplification of Stimulated Emission of Radiation缩写为LASER)的翻译多种多样,例如“光的受激辐射放大器”、“光量子放大器”这些名字显然太长,不利于称呼。还有一些音译,如“莱塞”或者“镭射”。
命名的混乱给科学界、教育界带来极大的不便,1964年冬天,中国全国第三届光量子放大器学术报告会在上海召开,这次会议的一项重要议程,就是研究并通过对几个专有名词的统一命名。会议召开前,《光受激发射情报》杂志编辑部给中国著名科学家钱学森写了一封信,请他给Laser取一个中文名字。不久,钱学森就回信给编辑部,建议命名为“激光”。这一名字体现了光的本质、又描述了这类光和传统光的不同,即“激”体现了受激发生,激发态等意义。这一名称提交到第三次光量子放大器学术报告会讨论,受到了与会者的一致赞同。从此中国对LASER这一年轻的新生事物有了统一而有意义的汉语名称。
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令狐小白 | 未知
标题是问激光的物态,激光是光(电磁波)所以不是要问激光是固态,液态还是气态。那么物态就是物质形态(性质)。到底就是想有一个通俗的解释。
光就是电磁波,激光就是高度纯洁的电磁波。这个纯洁包括频率(单一频率),方向(严格朝一个方向),强度(保持稳定),还有更厉害的就是所有波峰和波谷都保持一致。这样激光就能以最小的衰减传输最远的距离和最大的能量。
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dsadsadsasd | 未知
多谢邀请,这可是一个很复杂的问题,激光到底是什么物态?并不是一般常人就能够回答的。看似有时人们常见比如手电筒,探照灯等的光线,但其实不然,这里面的光速,热度,所产生的时速效果有时是令人想象不到的。
比如说现在癌症频发时期医院中引用了一种仪器,就是叫做[局部超声热疗法],而这种[局部热疗]就是一种光速所产生1000多瓦的热度直接到达病人的病灶处,说是去用这种[热度]去杀死癌细胞肿瘤。
但是现在我大胆的告诉你们,可万万不能相信,万万不能随意听医生的就进行治疗。因为我的兄弟就是一年前在《广州友好医院》被肿瘤副主任[王明龙][20天]用了[四项]试验治疗胡乱医治,两个月后人就己经死亡了,永久的离开了我们。
而治疗前人只是[腰痛]而己,我们是在网上广告上看到的,然后由天津出发奔往的《广州友好医院》。其中一项就是[局部超声热疗],每日一小时,一日一次,共六次,当初就发觉不大对,因六次后肚皮都有些发黑,另还有[全身红外线热疗],[介入],[中药]等三种,共四种,结果[肝功能]被彻底治疗[坏死]。
所以这种光速也好,光热也好,所产生的效果应用,许许多多都是人们不能了解的,都是模糊的,包括时间上应用的多少,大小等。
因此,我们绝不能茫然的接受这种试验,不能因为一些为名利为金钱而丧良心大夫的瞎忽悠,不能听什么:“只杀癌细胞,不杀好细胞,没有副作用”等毫无根据的胡言乱语,因为:在金钱和利益面前,没良心的大夫是绝不会告诉你这是[实验阶段]的。
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sky0814 | 未知
谢谢邀请。
根据我的理解,光是能量运动的表现方式,而产生激光有二个条件是必须的。
一个就是共振。单个原子之间的振荡并不同步,能量有限,只要能激发它们的同步振荡,原子间将形成合力。
自然光应由7个基点构成,又分为3+(2+2)
其中3是2之间的背景参照,3是一组稳定基点,2是不稳定的与另一不稳定2组成相对,和稳定3构成原子基本结构。
而光是在两个2受力结合为稳定3时脱离出来的。同时二个3又成为不稳定相对与另一组三个3组合成相对的原子。
当共振激发后,不同内单位的原子平衡将释放能量与光,重新进行平衡,但这些不同内单位原子会出现一个大背景参照,(类似球形透镜)
相当于被拉长,发散弧被压缩,但还是会散发,经过过滤镜后将发散孤度大的(2+2)产生的光过滤或加强。
激光应该只有三色基。而不是七个。
以上只是没有经过验证的观点。
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sbs | 未知
激光光磁波合成聚集产生巨大的波长功率的变量加速物质运动态,(反物质中显物质态)。不管什么光,光有光原子组成,有一个灯泡发射的光量40瓦,发出的光原子达到4000多亿光原子,但光能量是从宇宙中暗物质,反物质中(显物质)能量,光存在的内容很多,光子能中有56种稀有元素,人们现在需要26种,还有一些是储备用的。大约一百种以后才能用得着。只有个别人需要在26种基础上再加七种,他们主要是艺术家和科学家,给人们治病的元素已经准备充的很足了,问题就是人们吸收利用得还差一些。这个问题等于以后谈怎样学习人和宇宙科学实在细说。努力学习,好好改造,多做好事,就能得到能量。能量用处是很多的,而且一种元素就有好多种作用。能量是宇宙中的暗物质,反物质中其实还有显物质提炼出来的,还有一些是从宇宙大能量库中直接提起来的。史前文明提炼的能量有1600道工序,这些人们根本想象不来。光这能量也带了很多的元素,这是元素都是物质的。(有暗物质有限物质更有反物质)。谢谢!
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yanbing2796 | 未知
承邀。
增加光束的强度叫激光。
1利用凸透镜聚集光束,从而达到提高光子的能量。
2激发特效粒子,使其变为强烈光束。
3增加光子数量。
以上,是人类加强光束强度的三类技术。
也就是说,激光是被人为增强的并约束了的人工光。
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stellaqj | 未知
都看过水刀吧,就是水喷射出来,在高压高速中可以切割钢铁。
激光和水刀也差不多,也就是把光聚在一起,就是高功率光束发射装置。
激光容易发散,单色晶体光,解决了激光发散的问题,国产激光炮,解决了激光能量爆发的问题,激光是能量棒,如同电流一样。
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cddgcwqfxp | 未知
激光是一种光,相干性极强的光。就是激光中的各个光子,或能量子,光量子,长的几乎一模一样。所以,激光的能量密度是最强的,也就是说,其能量集中在一个点上。
目前是把激光归为场形物质,电磁场。而从实际上看,光还是有其自己的特色的,也就说,电磁波频率到了可见光波段,其物质性质还是发生了质变。人类目前仍在不断研究光的更多和更本质的特性。
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zyby | 未知
激光是蒸馏过后的光子造成的凝固光子流。它有物质的象,但不一定是物质。因此,没有态度。

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