激光的四大特點:高亮度、單色性、方向性好、高相幹性

激光自發明以來,憑借着自身優良的特性,在工業加工、醫療美容、科學研究等領域獲得了極為廣泛的應用。激光主要有四大特性,分别為高亮度、方向性好、單色性好、高相幹性。這些特性彼此關聯,使得激光能夠适用于不同的場景。

 

高亮度

一般規律認為,光源在單位面積上向某一方向的單位立體角内發射的功率,就稱為光源在該方向上的亮度。激光在亮度上的提高主要是靠光線在發射方向上的高度集中。激光的發射角極小(一般用毫弧度表示),它幾乎是高度平等準直的光束,能實現定向集中發射。因此,激光有高亮度性。固體激光器的亮度更可高達 1011W/cn2Sr 。不僅如此,一束激光經過聚焦後,由于其高亮度性的特點,能産生強烈的熱效應,其焦點範圍内的溫度可達數千度或數萬度,能熔化甚至于氣化對激光有吸收能力的生物組織或非生物材料。如工業上精密器件的焊接、燈孔、切割;醫學上切割組織(光刀)、氣化表淺腫瘤以及顯微光譜分析等這些新技術都是利用激光的高亮度性所産生的高溫效應。 激光功率密度的單位為mw/cm2或W/cm2,能量密度為焦爾/厘米2。

高度的能量集中是激光非常重要的特性,正是因為這方面的優勢,使得其能夠廣泛應用在工業加工和醫療等領域。

 

單色性

光的顔色是由光的波長(或頻率)決定的,而光都會有一定的波長範圍。其波長範圍越窄,表現出來的單色性就會越好。對于普通的光源,由于譜線寬度比較大,頻率範圍過寬,表現出來的顔色就會比較雜。

雖然,相較于普通光源而言,激光的譜線寬度要窄許多。但是,激光的線寬受到諸多因素的制約,幾乎不可能達到理論值水平。比如,溫度的變化,激光器的些許震動、其體積光器中氣流,以及外界泵浦等因素都會導緻諧振頻率的不穩定,都會造成性能的降低。

 

方向性好

普通光源發出的光是沿着各個方向進行傳播的,發散角很大。相較而言,激光的發散角卻很小,幾乎是沿着平行方向發射的。激光器發射的光是一種偏振光,方向固定。一個簡單的案例可以直觀表述這一點:激光照水不會發生折射。

在各種激光器中,氣體激光器在方向性上表現最為突出,其次則是固體激光器,半導體激光器在這方面的表現則稍遜一些。

 

高相幹性

相幹性是一切波動現象的屬性。光具有波粒二象性,也就是說微觀來看,由光子組成,具有粒子性;但是宏觀來看又表現出波動性。光有波動性,因此也有相幹性。1865年,麥克斯韋在《電磁場的力學理論》中指出:光和電磁波是同一實體的屬性的表現,光是一種按照電磁定律在場内傳播的電磁擾動。自此,麥克斯韋在科學史上第一次揭示了光的本質,即光也是電磁波,是一種波長更短的電磁波!從激光器中發射出來的光量子由于共振原理,在波長、頻率、偏振方向上都是一緻的,這就使得其具有非常強的幹涉力。我們一般也将激光稱作相幹光。正是因為與普通光源相比,激光的相幹性要強得多。

使用激光作為全息照相的光源,也正是利用激光高相幹性的特點。