一种激发和松弛的游戏

柯宝泰

　　Laser（激光）一词是英语“利用受激发射实现光波放大”（Light Amplificationby Stimulate dEmissionof Radiation）的首字母缩写。我们知道，原子和分子可以存在于低能态和高能态。在低能态的原子和分子可以被激发到高能态，通常是用热激发法。达到较高能态后，它们回到低能态时会放出光来。在普能光源中，许多受激原子或分子各自放出各种颜色（波长）的光。如果在一个原子受激的短暂瞬间，有一个一定波长的光与它冲击，这原子可以受激发射出与和入射光波同相位的辐射，因此，这新的辐射增强了入射的光波；如果这一现象能充分地重复，则产生的光束将是极强的完全相干光，即频率或颜色都很纯的光，其中所有组成部分都是同步调的。

　　常见的各类普通光源（太阳光、灯光等）的发光机理都是基本自发辐射过程，即处于较高能级上的粒子集合，以不依赖于外界光场的笔式自发地和杂乱无章地发射光子的过程。就发光的空间分布特性和频谱特性而言，普通光源发光的定向性和单色性很差。由于激光的工作原理是基于特定能级间粒子数反转体系受激辐射过程，因此决定了它所发出的光具有高定向性，高单色性、高亮度、高相干性等鲜明特点。

　　第一束激光是利用一块人造红宝石作为工作物质，在红宝石嵌入铬原子，用发射的脉冲光激发铬原子。红宝石激光产生的光波波长为694纳米，故为红色。但激光不总是看得见的。例如，从钕原子产生的激光在红外区内，而准分子激光器产生紫外线激光。

　　还有一种不利用固体或气体物质而利用自由电子的激光器。事实上，这些电子不仅在一种能量状态转到另一种能量状态时发出辐射，而且在电子加速时也发出辐射。在这类激光中，激光波长与电子能量有直接的关系，从而可控制自由电子的能量来发射所需的不同能量（波长）的激光。

2004-06-22  《科学世界》

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