激光技术的发展，激光器的结构的介绍

第五节　激光技术

激光技术本质上属于光能的开发和利用。

激光器是20世纪与原子能、半导体、计算机齐名的四项重大发明之一。它也是一种光源，与普通光源相比，有如下几个特点：1．定向发光，普通光源是四面八方发光，激光器不需加装像汽车灯那样的聚光镜，天生就朝一个方向发射，而且光束发散度极小；2．亮度极高，普通光源都没有太阳亮，脉冲氙灯的发光度比太阳高10倍左右，而激光器比太阳光高出千亿倍；3．颜色极纯，普通光源大都不是一种颜色，而激光器的单色性极强，是氪灯发射的红光波长范围的五万分之一；4．闪光时间极短，照相用的闪光灯的闪光时间是千分之一秒，而激光器的闪光时间是10^－15秒（飞秒）。

1960年，美国休斯实验室的梅曼研制成第一台激光器，用红宝石晶体作为工作物质。1961年，中国第一台激光器也是用的红宝石，长3厘米，直径0．5厘米。

激光器的结构由三部分组成：1．工作物质，这是发射激光的材料，其功能与电灯钨丝相同，从原则上说任何光学透明物质（气体、固体、液体）都可以；2．泵浦源，它向工作物质输入能量（可用脉冲泵浦，也可以连续泵浦输出激光），光是原子从高能级往低能级跃迁时产生的，可以是由外来的光子诱导下发生，称为受激辐射跃迁（受激辐射），它可以是自发辐射跃迁；3．谐振腔，它是放置在工作物质两端的反射镜组成的光学系统，其中一块反射镜的反射率是100%，而另一块则有适量的透过率，激光就是从后者输出。在谐振腔内受激辐射来回通过工作物质，增强辐射强度，最后达到激光振荡。其原理同于广播发射的电磁波。(www.xing528.com)

激光技术的创造性思维来源于企图集中使用光能的想法，光和电一样具有能量，把光源的光能集中起来使用，不让它向目的物以外的地散射，这是人类由来已久的想法。例如，探照灯、汽车前灯和手电筒都用聚光镜来防止光线的飞散，但是效率很低，因为光线是直线传播，无论如何都无法将光源的光线全部收集起来，完全集中到目的物上是不可能的。这就迫使人们去广泛探索新的光源，即不散射的光源。其发明的方法从两个方面着手：一是探索单向发光的光源材料，二是设计一种全反射式的理想聚光器。从激光器的三个组成部分中可以看出，休斯实验室主要是找到了红宝石晶体，它有可能通过谐振腔的反射镜，把光能几乎完全集中在一个可控的方向上进行辐射。这里，红宝石晶体是比较理想的光源，谐振腔是比较理想的反射镜。

激光应用很广，它照射后的植物种子、动物精子、鸡蛋、鱼卵，不仅存活时间增长数倍，育后性能也有很大改善，既增产又高效。在医疗上，可将它聚焦成比针尖还小的光点，内有很高的光功率密度，可作最理想的手术刀，还可以在生物工程中对DNA作切割或焊接，以及给细胞打孔等。据统计，我国5000例激光治肿瘤的临床报告，有效率达94．6%。它受医生欢迎的原因有二：一是可以不打开腹腔，二是能把内组织中的小血管凝固封闭起来（焊接）。还可代替针灸，激光针一点儿不疼，从不会发生滞针、断针故障，还可避免感染。在艺术上也有应用，激光唱片（CD唱片）一点杂音没有，视盘比普通录像带优越无比……机械加工领域，如手表上的红宝石打孔，一秒可打10几个，化学纤维生产中的喷丝头极细，汽车和航空发动机上的油孔也极细，用激光打孔效率提高10倍以上。高级汽车的缸壁表面淬火处理其硬度提高10倍。信息存储中的缩微技术，用激光读出，体积缩小几千倍（光盘）；军事领域，用激光制导的炸弹好像长了眼睛，1991年海湾战争中，落到居民区的炸弹极少，因为它能遥感遥测。

激光的应用领域还会扩展，每一领域要想引进激光技术都是一项科学技术上的发明创造，都需要人们进行创造性的思维活动。