作业帮激光为什么会有这么大的能量?激光的原理是什么,为什么会有这么大的热量?
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/04/30 04:23:10
激光为什么会有这么大的能量?激光的原理是什么,为什么会有这么大的热量?
激光为什么会有这么大的能量?
激光的原理是什么,为什么会有这么大的热量?
激光为什么会有这么大的能量?激光的原理是什么,为什么会有这么大的热量?
了解激光产生原理,我们必先了解物质的结构,与及光的辐射和吸收的原理物质由原子组成.图一是一个碳原子的示意图.原子的中心是原子核,由质子和中子组成.质子带有正电荷,中子则不带电.原子的外围布满着带负电的电子,绕着 原子核运动.有趣的是,电子在原子中的能量并不是任意的.描述微观世界的量子力学告诉我们,这些电子会处于一些固定的「能阶」,不同的能阶对应于不同的电 子能量.为了简单起见,我们可以如图一所示,把这些能阶想象成一些绕着原子核的轨道,距离原子核越远的轨道能量越高.此外,不同轨道最多可容纳的电子数目 也不同,例如最低的轨道 (也是最近原子核的轨道) 最多只可容纳 2 个电子,较高的轨道则可容纳 8 个电子等等.事实上,这个过份简化了的模型并不是完全正确的 [1],但它足以帮助我们说明激光的基本原理.
电子可以透过吸收或释放能量从一个能阶跃迁至另一个能阶.例如当电子吸收了一个光子 [2] 时,它便可能从一个较低的能阶跃迁至一个较高的能阶 (图二 a).同样地,一个位于高能阶的电子也会透过发射一个光子而跃迁至较低的能阶 (图二 b).在这些过程中,电子吸收或释放的光子能量总是与这两能阶的能量差相等.由于光子能量决定了光的波长,因此,吸收或释放的光具有固定的颜色.
关于能量
在激光发明前,人工光源中高压脉冲氙灯的亮度最高,与太阳的亮度不相上下,而红宝石激光器的激光亮度,能超过氙灯的几百亿倍.因为激光的亮度极高,所以能够照亮远距离的物体.红宝石激光器发射的光束在月球上产生的照度约为0.02勒克斯（光照度的单位）,颜色鲜红,激光光斑明显可见.若用功率最强的探照灯照射月球,产生的照度只有约一万亿分之一勒克斯,人眼根本无法察觉.激光亮度极高的主要原因是定向发光.大量光子集中在一个极小的空间范围内射出,能量密度自然极高