家里用的CD和DVD播放器，辦公室的激光打印機(jī)，以及商場(chǎng)的條碼掃描器都有激光。另外，人們用激光治療近視視力，通過光纖網(wǎng)絡(luò)發(fā)送郵件，瀏覽視頻……似乎，我們每個(gè)人每天都使用激光。

人類第一臺(tái)紅寶石激光器是1960年美國(guó)研制成功的，我國(guó)也在1961年研制成功國(guó)產(chǎn)首臺(tái)紅寶石激光器。之后，激光技術(shù)的運(yùn)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，越來(lái)越重要。因此，激光技術(shù)被認(rèn)為是與量子物理學(xué)、無(wú)線電技術(shù)、原子能技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)并列的20世紀(jì)人類最重大的科技發(fā)明。

現(xiàn)今，激光技術(shù)的應(yīng)用已廣泛深入到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、醫(yī)學(xué)乃至社會(huì)的各個(gè)方面，對(duì)人類社會(huì)的進(jìn)步正在起著越來(lái)越重要的作用，正奇跡般地改變著我們的世界。

但是，有多少人真正了解激光？它是怎樣產(chǎn)生的，又是如何工作的？

這一切，涉及到一系列的偉大科學(xué)思想和科技創(chuàng)造。

激光的屬性

激光，是一種自然界原本不存在的，因受激而發(fā)出的，具有方向性好、亮度高、單色性好和相干性好等特性的光。

激光的產(chǎn)生機(jī)理可以溯源到1917年愛因斯坦解釋黑體輻射定律時(shí)提出的假說，即光的吸收和發(fā)射可經(jīng)由受激吸收、受激輻射和自發(fā)輻射三種基本過程。眾所周知，任何一種光源的發(fā)光都與其物質(zhì)內(nèi)部粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，當(dāng)處于低能級(jí)上的粒子（原子、分子或離子）吸收了適當(dāng)頻率外來(lái)能量（光）被激發(fā)而躍遷到相應(yīng)的高能級(jí)上（受激吸收）后，總是力圖躍遷到較低的能級(jí)去，同時(shí)將多余的能量以光子形式釋放出來(lái)。

如果光是在沒有外來(lái)光子作用下自發(fā)地釋放出來(lái)的（自發(fā)輻射），此時(shí)被釋放的光即為普通的光（如電燈、霓虹燈等），其特點(diǎn)是光的頻率大小、方向和步調(diào)都很不一致。

但如果是在外來(lái)光子直接作用下，由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)將多余的能量以光子形式釋放出來(lái)（受激輻射），被釋放的光子則與外來(lái)的入射光子在頻率、位相、傳播方向等方面完全一致，這就意味著外來(lái)光得到了加強(qiáng)，我們把它稱之為“光放大”。

圖：激光產(chǎn)生機(jī)理：（左）受激吸收，（中）自發(fā)輻射，（右）受激發(fā)射

而激光的產(chǎn)生需要滿足三個(gè)條件：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)、諧振腔反饋和滿足閾值條件。通過受激吸收，使處于高能級(jí)的粒子數(shù)比處于低能級(jí)的越多（粒子數(shù)反轉(zhuǎn)），還需要在有源區(qū)兩端制作出能夠反射光子的平行反射面，形成諧振腔，并使增益大于損耗，即相同時(shí)間新產(chǎn)生的光子數(shù)大于散射吸收掉的光子數(shù)。只有滿足了這三個(gè)條件，才有可能產(chǎn)生激光。

激光的特性