激光是什么

激光就是y射線嗎？還是a、B、y射線的混合，或者是其他呢？簡單的給你答案吧，激光不是Y射線，也不是a、0、y射線的混合，而是通過一種特別的機制，利用折騰電子的方式，產(chǎn)生的一種電磁波。這種電磁波能量可大可校y射線本質(zhì)上也是一種電磁波，但它是折騰原子核的方式產(chǎn)生的，原子核幾乎集中了原子所有的質(zhì)量，所以定性的想想，折騰原子核射出去的電磁波應(yīng)該會比折騰電子射出去的強很多了，其實真實情況也是這樣的。大部分y射線比x射線強得多。

那什么是激光呢？中文翻譯其實挺言簡意賅的，就是受到激發(fā)后出來的光埃它英文名是LASER，五個字母其實都是縮寫，全稱是受激輻射光放大。那我們就仔細說說什么叫受激輻射的發(fā)光。咱們先看看普通的光源為什么會發(fā)光：比如像燈光、火光，它們是接收到能量以后，原子中的電子會吸收外界能量，注意是電子吸收了能量后，從低能級蹦到高能級上，就像蹦臺階一樣，但電子能站在第二級臺階上的時間短的可憐：一上去馬上就下來。就在下來的時候，把剛剛吃掉的那份能量就又吐出去了，吐出去就是以放出一份光子的方式實現(xiàn)的。

不過某種物質(zhì)，如果你就是這么隨隨便便放在一個環(huán)境里，基本上說只要溫度還是幾千度以下，那簡直沒什么電子能激發(fā)到第二層臺階，到第三層臺階那就更沒可能了。有多少比例的電子去了2層、3層是有物理公式描述的，這些電子的分布滿足一個叫做玻爾茲曼的分布規(guī)律。簡單的說能爬到更高能級的電子的數(shù)量隨著能級升高，呈指數(shù)的下降，而且這個指數(shù)的數(shù)字還不小呢。比如說在20℃下：氫原子中處于最低能級的電子的數(shù)量是處于僅僅比它高一級的第二級能級電子數(shù)量的2.718的400次方，所以就算把溫度提高到幾百上千度，也依然對這個懸殊的比例沒什么提升。而且這個過程是很隨機的，那些自發(fā)輻射出的光子的方向往哪邊的都有，相位也不一樣，也有個別是從第三級往最低級跳的，這就是普通物體的發(fā)光，室溫下幾乎不可能看出來什么，溫度特別高時，開始展現(xiàn)出一些顏色。

但這些和激光完全沒法比，差距就體現(xiàn)在發(fā)光的統(tǒng)一上，激光射出來的光子都是一個方向，都是一個頻率都是一個相位。這些是怎么做到的呢？這得先找到一些特殊的晶體結(jié)構(gòu)，這些晶體如果你給它加電場，或者持續(xù)用粒子轟擊這類晶體，就會讓電子的分布出現(xiàn)奇特的現(xiàn)象，就不是所有電子都趴在最低能級了，會有相當(dāng)多的電子被往上拋到第3能級，或者更高的能級，然后這些電子還會往下落一下，比如這時候它們被扔到第三能級后，最終都安安穩(wěn)穩(wěn)趴在第二能級反正就是很奇特，它們竟然可以在第二能級待好久，比如幾毫秒。我們就是要抓住這種電子分布的大反轉(zhuǎn)，再用一個固定頻率的光照射這個晶體，這個光的頻率大都是從它當(dāng)前那個能級往下跌落一個能級的，這兩個能級差對應(yīng)的就是光子的頻率。這時候受激輻射就開始發(fā)生了，晶體就會發(fā)出跟誘發(fā)它的光完全一樣的光子出來，頻率一樣，發(fā)射方向一樣，偏振方向一樣，波的相位都完全一樣。而且你射入一個誘發(fā)的光子，那邊出來的就是多個同樣的光字，這就是一種放大效果，所以激光的英語LASER中第二個字母A，AmmhCon，就是放大的意思了。這個道理明白了,你就知道當(dāng)我們掌握描述晶體的理論后可以計算很多事情，首先就是一個指定的晶體，它的電子能級分布是什么樣的，外加電場需要調(diào)整到怎樣的形式，就有可能讓晶體的電子排布來一個反轉(zhuǎn)。而且反轉(zhuǎn)過后，我們應(yīng)該用什么頻率的光來激發(fā)它，激發(fā)出來的光是什么顏色的？放大的程度有多少。比如最早計算出來的就是用紅寶石晶體做的，紅寶石是什么呢，就是純凈的三氧化二鋁晶體。通過計算，在里面摻萬分之五的氧化鉻，用高壓氙燈把鉻的電子激發(fā)到第三能級，這些電子被拋上去后，很快墜落到第二能級，然后就穩(wěn)定了，這時候再算算這個晶體中氧化鉻的第一能級和第二能級的差，把能量差對應(yīng)的光子頻率找出來，是694．3nm波長的光，這正好落在可見光范圍，是紅色的。就用這種光照射那個摻雜了的紅寶石．就會出現(xiàn)紅色激光了。上面大致就是激光發(fā)射的原理這背后就是量子力學(xué)應(yīng)用在晶體上的成果。基礎(chǔ)科學(xué)有什么用？1920幾年你問玻爾、海森堡、泡利、薛定諤，他們也不知道：但一個完全體系的新理論遲早會改變世界的。