激光是啥时候发明的都有什么作用

激光的理论基础其实1917年就被爱因斯坦提出来了,但激光真正被发明出来,却是30多年后的事情了。

激光大名叫“受激辐射”。

很早人们就发现高能级的电子会自发向低能级跃迁,然后释放出光子。只是在通常情况下,这种自发跃迁释放出来的光子大小不一,能量有高有低(偏振方向、相位、传播方面都不一样),总之跑出来的光子十分具有个性化,被称为“自发辐射”,和常见的自然光一样。

然而1917年爱因斯坦发表了一篇《关于辐射的量子理论》论文,文中首次提出了“受激辐射”。10年后,保罗·狄拉克首次实验验证了“受激辐射”的存在。

“受激辐射”是指,在原子中高低能级电子状态反转的情况下,也就是高能电子多于低能电子时(通常稳定原子是低能电子成倍于高能电子),把一个光子打入原子,可以诱导原子中的高能电子跑到低能轨道上,同时发射一个和诱导光子能量完全相同的新光子(如下图)。

激光是啥时候发明的都有什么作用图1

如果打个比喻,“受激辐射”就像雪崩一样。当一座堆满了雪的大山,受到外部某种诱因(比如大吼一嗓子)使得山顶上的一小片雪滑了下来,引起下一层雪的共鸣,跟着滑了下来,一层叠一层,雪越滚越多,就会形成颇为壮观的雪崩。

运用受激辐射原理,就可以使得一个光子打入原子,然后跑出两个一模一样的光子,这两个光子再打入另外两个新原子,循环往复就能产生大量的光子,而且这些光子都像克隆的一样拥有同样的能量,这就是激光。

听起来好像很简单,而真正把具有实用性的激光发明出来,却等了30多年。

直到1954年,一位叫查尔斯·哈德·汤斯的眼睛男,才在实验室发明了微波放大器,同时苏联科学家普罗克霍洛夫和巴索也发现了微波放大的原则。

1958年,世界上第一台微波激射器被汤斯与阿瑟·伦纳德·肖洛制造了出来。

而世界上第一束真正具有实用性的激光来自于西奥多·梅曼的红宝石激光器,诞生于1960年。

激光LASER的全称:Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation实际上就是:光放大(Light Amplification)+受激辐射(Stimulated Emission of Radiation)。

激光是啥时候发明的都有什么作用图2

据说,这位汤斯本来是研究理论的,结果却因为视力不好,看数学公式都吃力。一次看医生的时候,医生告诉他,你连公式都看不清,干脆别搞理论了,真喜欢物理就去做实验吧。于是这位医生直接将他的人生导向了诺贝尔奖。(所以大家都要听医生的话)

激光是20世纪最伟大的发明之一,在各个领域都得到了广泛的应用。

激光具有有4个特点:

1). 高单色性: 大家知道光都有波长,而且波长决定了光的颜色。高单色性,指的就是光的波长范围窄,所以我们看到激光的颜色是极纯的。

2). 高同向性:集体朝一个方向前进,发散度极小,这能保证聚焦,从而得到极高的功率密度。

3). 高相干性:由于在波长、频率、偏振方向上都保持一致,激光的相干性极强,也就是说激光能根据自己的特定波长、频率、偏振方向,实施“目标精准打击”。

4).高亮度:这个大家都懂,同时也是其能量高度集中的体现。

这四个特点,也是激光与自然光的最大区别。如果把自然光比作散漫不服从调配的散兵,那激光则是接受过严格训练的正规军,统一行动,进退有序,战斗力强,杀伤力大,所以在各个领域都能十分出色地完成任务。

激光是啥时候发明的都有什么作用图3

1.医学/美容领域:激光脱毛、激光祛斑、激光手术……

医疗用的多的是气体激光器,二氧化碳激光器是世界上最早的气体激光器,现在也还在运用。

通过激光释放的能量对特定组织产生光热作用,可以以一定温度简单有效地把不想要的黑色素或组织烧掉,而不伤害到周围其他细胞。既打击了敌人,又不伤害群众。

好比用激光射击一个里面套着黑气球的白气球,激光可以穿透白气球把里面的黑气球打破,而对外面的白气球毫发无损。

激光是啥时候发明的都有什么作用图4

2.信息技术领域:光纤、激光二极管……

光在光纤里的传导损耗比电在电线传导的损耗小得多。有了光纤,才有了我们日常高效的远距离信息传导啊,不然现在没有网的日子可怎么活啊?

激光二极管更不用说,最重要的电子元件,还有什么激光打印机、OCT光学相干断层扫描仪、激光数据存储器、全息摄影……我们身边的一切信息技术几乎都离不开激光。

另外,自1970年世界上第一场舞台激光表演在慕尼黑的歌剧节上演后,激光秀更成为一种独立的艺术形式。

总结一下

激光早已经改变了我们的生活,这是爱因斯坦自己也没有想到的,所以任何看似无用的理论,谁也不知道未来会给世界带来多大的影响。

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,去获得的效益和成果,从而促进了生产力的发展。

常见光源的发光(如电灯、火焰、太阳等地发光)是由于物质在受到外来能量(如光能、电能、热能等)作用时,原子中的电子就会吸收外来能量而从低能级跃迁到高能级,即原子被激发。激发的过程是一个“受激吸收”过程。

处在高能级的电子寿命很短(一般为8~10秒),在没有外界作用下会自发地向低能级跃迁,跃迁时将产生光(电磁波)辐射。

激光技术被认为是20世纪继量子物理学、无线电技术、原子能技术、半导体技术、电子计算机技术之后的又一重大科学技术新成就。30多年来,激光技术得到突飞猛进的发展,不仅研制了各个特色的多种多样的激光器,而且激光应用领域不断拓展,并形成了激光唱盘唱机、激光医疗、激光加工、激光全息照相、激光照排印刷、激光打印以及激光武器等一系列新兴产业。激光技术的飞速发展,使其成为当今新技术革命的“带头技术”之一。

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