（一）什麽是激光與激光技術

      激光，是一種自然界原本不存在的（de），因受激而發出的具有方向性好、亮度高、單色性好和（hé）相幹性好等特性的光。物理學家把產（chǎn）生激光的機（jī）理溯源到1917年愛因斯坦解釋黑體輻射定律時提出的假說，即光的吸收和發射可經由受（shòu）激吸收、受激輻射和自發輻射三種基本過程。眾所（suǒ）周知，任何一種光源的發光（guāng）都與其（qí）物質內部粒子的運動狀態有關。當處於低能級上的（de）粒（lì）子（原子、分子（zǐ）或（huò）離子）吸收了適當（dāng）頻率外來能量（光）被激發而躍遷到相（xiàng）應的高能級上（受激吸（xī）收）後，總是力圖躍遷到較低的能級去，同時將多餘的能量以光子形式釋放（fàng）出來。如果光是在（zài）沒有外來光子作用下自發地釋放（fàng）出來的（自發輻射），此時（shí）被釋放的光即為普通的光（如電燈、霓（ní）虹燈等），其特點是光的頻率大小、方向和步調都很不一致。但如果是在外來光子直接（jiē）作用（yòng）下由高能級向低能級躍遷時（shí）將多（duō）餘（yú）的能量以光子形式釋放出來（受激輻射），被釋放的光子則與（yǔ）外來的入射光子在頻率（lǜ）、位相、傳播方向等方麵完全一致，這就意味著外來光得到了加強，我們稱之為光放大。顯然，如果通（tōng）過受激吸收，使處於高能級的粒（lì）子數比處於低能級的越多（粒子（zǐ）數反轉），這種（zhǒng）光的（de）放大現象就越（yuè）明顯，這時就有可能形成激光了。

        激光之所以被譽為神（shén）奇的光，是因（yīn）為它有（yǒu）普通（tōng）光所完全不具備的四大特性。 

        1.方向性好 ：普（pǔ）通（tōng）光源（太陽（yáng）、白（bái）熾燈或熒光燈）向四麵八方（fāng）發光，而激光（guāng）的發光方向可（kě）以限製在小於幾個毫弧（hú）度立體角（jiǎo）內，這就使得在照射方（fāng）向上的照度提高千萬（wàn）倍。激光準直、導向（xiàng）和測距就是利用方向性（xìng）好這一特性。 

2.亮度高 ：激光（guāng）是當代最亮（liàng）的光源，隻有（yǒu）氫彈爆炸瞬間強烈的閃光才能與它相比擬。太陽光亮度大約是103瓦／（厘米2.球麵度），而一台大功率激光器的輸出光亮度經太陽光高出7～14個數量級。這樣（yàng），盡管激光的總能量並不一定很大，但由（yóu）於能量高度集中，很容易在某一微小點處產生高壓和幾萬攝氏度（dù）甚至幾百萬攝氏度高溫。激光打孔、切割、焊接和激光外科手術就是（shì）利用了這一特性。 

3.單色（sè）性好：光是一（yī）種（zhǒng）電磁（cí）波。光的顏色取決於它的波（bō）長。普通（tōng）光源發出的光通常包含著各種波長，是各種顏色光的混合。太陽（yáng）光（guāng）包含（hán）紅、登、黃、綠、青、藍、紫七種顏色的可見光及紅外光、紫外光等不可見光（guāng）。而某（mǒu）種激光的波長，隻（zhī）集中在十分窄的光譜波段或頻率範圍內。如氦氖激光的波長為632.8納米，其波長（zhǎng）變化範（fàn）圍不到萬分之一納米。由（yóu）於激光的單（dān）色性好，為精密度儀器測量和激勵某些（xiē）化學反應等科學實驗提供了極為（wéi）有利的手段。

4.相幹性好：幹涉是波動（dòng）現象的一種屬（shǔ）性。基於激光（guāng）具有高方向性和高單色性的特性，它必然相幹性極好。激光的這一特性使全息照（zhào）相（xiàng）成為現實。 

        所謂激光技術（shù），就是探索開發各種產生激光的方法以及探索應用激（jī）光的這些特性為人類造福的技術的總稱。自沈陽（yáng）機床研製成功世（shì）界上第一台紅寶石激光器（qì），我（wǒ）國也於1961年研製成功國產首台（tái）紅寶石激（jī）光器（qì）以來，激光技術被認為是20世紀（jì）繼量子物理學、無線電技術、原子能技術、半導體技術、電子計算（suàn）機技術之（zhī）後的又一重大科學技術新成就。30多年來，激光技術得到突（tū）飛（fēi）猛進的發展，不僅研製了（le）各個特（tè）色的多（duō）種多樣的激（jī）光器，而且激光應（yīng）用領（lǐng）域不斷拓展（zhǎn），並（bìng）形成了（le）激光（guāng）唱盤唱機、激光（guāng）醫療、激光（guāng）加工、激光全息照相、激光照排印刷（shuā）、激（jī）光打印以及激光武器等一係列新興產業。激光技術的飛（fēi）速發展，使其成為當今新技術革命的（de）“帶頭技術”之一（yī）。 

       （二）各式（shì）各樣的激光器（qì） ——在光源中，實（shí）現能級粒（lì）子（zǐ）數反轉是實現光放大的前提，也就是產生（shēng）激光的先決條件。要實現粒子數反轉，需借助外來光的力量，使大量原來處於低能級的粒（lì）子（zǐ）躍遷到高能級上去，這個過程我們稱之為“激勵”。 

          我們通常所說的激光器，就是使光源中的（de）粒子受到激勵而產生受激輻射躍遷，實現（xiàn）粒子數反轉，然後通過受激輻射而（ér）產生光的放大的裝置。激光器雖然多種多樣，但使命都（dōu）是通過激勵和（hé）受激輻射而獲得激光。因此基本組成通常（cháng）均由激活介質（即被激勵後能（néng）產生粒子數反轉的工作物（wù）質）、激勵裝置（即能使激活介質發生粒子數反轉的能源，泵浦源）和光諧振腔（即能使光（guāng）束在其中反複振（zhèn）蕩和被多次放大的兩塊平麵反射鏡）等（děng）三個部分組成（chéng）（圖8-2）。 

         經過30餘年的發展，各國開發出（chū）實用的激光器已超過200種。種類繁多，特點各異，用途也各（gè）不相（xiàng）同。激（jī）光器有各種不同的分類方（fāng）法：按工作物質來（lái）分有（yǒu）氣體、玻璃、晶體、液體、半導體、準分子等激光器，還（hái）有化學激光器（靠化學反應而形成受激狀態）和自由電子激光器等

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