书城科普读物探索未知丛书-从小学科学03
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第19章 为什么说激光是一种特殊的光

激光与普通光有什么不同?为什么说它是一种特殊的光?

要说明这个问题,我们必须要了解原子的微观性质。我们知道,组成物质的原子是由原子核和外层运动着的电子组成。原子的能量是不连续的,是按一定的原子能级分布的。一般情况下,大多数原子都处于基态低能级,当外界给予原子一定的能量时,就有可能把电子关到较外层的轨道上去(越外层的电子运动越快),这时原子也就相应的从低能态跃迁到高能态。原子处于高能态时是不稳定的,它有返回低能态的趋势。当原子自发地从高能态跳回到低能态时,就将多余的能量以光子的形式辐射出来,这叫做自发辐射。如果处在高能态的原子,在外部光能“刺激”下跳回到低能态,就需要外来的入射光子的能量。严格地等于两能级之间的能量差。实现这种跃迁时所辐射出的光子性质与外来光子的性质一模一样,这样就一个变两个,使光子成倍地增加,这就是受激辐射。普通光是物质自发辐射产生的,而激光是由物质受激辐射产生的。

激光与普通光就其本质来说,都是电磁波,它们的传播速度都是每秒30万公里,但激光还有着自己独特的物理性质:一、单色性极好。1束光的颜色单纯不单纯,实际上是它的波长一致不一致。可见光的波长是4000埃到7600埃。普通某种颜色的光,都包含了一定范围内不同波长的光,例如,红光包含了6000埃~7000埃的光。而激光的波长非常一致,它一束光中的波长的差别只有千万分之一埃甚至更小,是一种单色性极好的光。

二、亮度极高。它可以比太阳表面的亮度高100亿倍。

三、方向性极好。方向性好坏,就是指光的集中程度。激光器发出的激光照射到远离地球38万公里的月球上,它的光斑的直径也只有2~3公里,光束的发散角比探照灯小几千倍。

由于上述的物理特性,激光可以在千分之几秒甚至更短的时间里,使一切难以熔化的物质熔解以至气化;也可在百分之几毫米的范围内产生几百万度的高温、几百万个大气压、每厘米几千万伏的强电场。

由于激光的特性,它在很多领域得到了广泛的应用。在工业上,激光可以用来加工各种硬、脆、韧的材料;可以打只有头发丝十分之一的微孔,进行高速、精密加工,可以进行切割、焊接的表处理等。现在激光已成为一种高、精、尖的加工工具。在医学上,使用激光手术刀,可以进行细微的手术,既不流血也无痛感;在军事上,激光雷达可以精确在测量和跟踪目标。激光武器具有很大杀伤力,可以用来截击敌人的飞机和导弹;激光还可以用于保密通讯,它可以同时传送1000万套电视节目和100亿路电话;激光电视、激光计算机、激光核聚变等各种新的激光装置和应用也正在研制中。