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            自然界并不天然存在的光:激光

            2021年09月15日
            激光筆、激光燈、激光電視,激光打印機……生活中,激光類物品隨處可見。什么是激光呢?激光是如何產生的呢?為什么有這么多種用途呢?
            其實激光并不屬于自然界天然存在的光,它是通過一種物理原理形成的光。如果想要明白激光是怎樣產生的,就需要了解幾個物理概念。
            第一個概念是躍遷。在目前已知的科學體系中,所有的物質都是由原子構成的,而原子又是由原子核和核外電子構成的。處于不同能級的軌道上的核外電子圍繞原子核進行繞核運動。位于低能級軌道上的電子想轉移到高能級軌道需要吸收一定的能量,反過來,高能級軌道上的電子想轉移到低能級軌道上就要釋放一部分多余的能量。
            第二個概念是發光過程。一般情況下,在沒有外界影響的狀態下,高能級的原子會自發地向低能級躍遷,并將多余的能量以發光的形式釋放出來,這種發光的過程被稱作自發輻射。平時我們家里使用的日光燈和白熾燈等的發光原理就是如此。
            此外,還有一種發光過程——受激輻射。當原子處于某種激發態時,有電勢能(E)合適的光子從該原子附近通過,該原子就會釋放出一個具有同樣電勢能的光子從而躍遷到低能級狀態。這個被釋放出的光子繼續與其他原子發生受激輻射作用,就會產生越來越多具有相同電勢能的光子。它們的頻率、偏振狀態和傳播方向都是相同的,當這些相同的光子一同發生能量激發時,就會產生一種不發散的強光,也就是我們想要一探究竟的激光。
            激光除了有不發散的特點外,還具有亮度高、方向性好、單色性好等特點。根據不同的特點,激光可以被應用在不同的方面。
            例如激光電視,即:通過“激光光源+超短焦鏡頭+抗光屏幕”的激光電視技術路線,成功挑戰人眼視覺的分辨極限,實現超高清、高保真的圖像再現。
            同樣,也可以利用激光能量集中和平行度高的特性,進行激光測距、激光雷達和激光準直等的使用,其中激光雷達更是優勢顯著。與太空衛星通過監測太陽光穿過地球大氣層達到地面再反射回衛星的方式不同,主動激光雷達直接從空中向地面發射一股激光,因其激光穩定性好難發散,不易受云層和氣溶膠的影響,加上是自發發光,也不受白天和黑夜的影響,可以進行夜間觀測,能更全面地進行數據監測和分析。
            本文由山東省威海市鳳林學校二級教師劉歡進行科學性把關
            來源:新華網科普公眾號
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