什麼是雷射?:

雷射(激光)的英文原名是Laser,是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 的縮寫,其原理早在1917 年已被著名的物理學家愛因斯坦發現,直到1958 年雷射才被首次成功製造。而在雷射發明之後,陸續衍生出來的研究獲得無數諾貝爾獎的殊榮,其相關應用也對後世影響非常巨大,謂之文明之光。

雷射的全名完全表達雷射光產生的主要過程:基於受激輻射(Stimulated Emission)的作用,產生光放大現象,從而創造強而有力的雷射光束。雷射光束的產生牽涉到很多物理原理,多數可由本雷射知識網窺知一二,此處將以紅寶石雷射為例,大略介紹雷射的基本原理。

紅寶石雷射結構圖

 

以紅寶石雷射來說,它是由閃光燈、雷射物(介)質和兩面反射鏡所組成,雷射物質是紅寶石晶體,其中有微量的鉻原子。由閃光燈發出的強光射入紅寶石後,使鉻原子受到激發,其最外層的電子躍遷到受激能態,有些電子會回到較低的能階而釋放出光子,這些光子會被設於紅寶石兩端的反射鏡來回反射,誘發更多的電子進行受激輻射,使激光的強度倍增。其中一面反射鏡把全部光子反射,另一面反射鏡則把大部分光子反射,其餘小部分光子穿過而釋出,就成為我們所見的雷射光。

雷射產生的過程

 

一般雷射的命名,便是由其雷射物質來加以命名,例如前述的紅寶石雷射,還有氦氖雷射、二氧化碳雷射、鈦藍寶石雷射、半導體雷射等等。依其雷射物質的狀態不同,也簡易區分為固體、液體、氣體雷射。

透過受激輻射產生的雷射光,有三大特性:

  1. 雷射光是單色的,在整個產生的機制中,只會產生一種波長的光。
  2. 具有高度同調(相干)性,所有光子都有相同的相位與偏極,可以疊加起來產生很大的強度。
  3. 雷射光束具有良好指向性,並且十分集中,不易發散,所以具有很強的威力。