激光一詞是Laser的意譯,是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation首字母的縮寫(xiě),意思是“通過(guò)受激輻射光擴(kuò)大”。
1916年,物理學(xué)家愛(ài)因斯坦研究并提出光學(xué)感應(yīng)吸收和感應(yīng)發(fā)射(又稱受激吸收和受激發(fā)射)的觀點(diǎn),這一觀點(diǎn)后來(lái)成為激光器的主要物理基礎(chǔ)。
世界上第一臺(tái)激光器于1960年由美國(guó)科學(xué)家西奧多·梅曼在加利福尼亞休斯實(shí)驗(yàn)室研制成功。激光在中國(guó)曾被譯為鐳射、光激射器、光受激輻射放大器等。1964年,第三屆光量子放大器學(xué)術(shù)會(huì)議討論后,決定采納錢(qián)學(xué)森院士將其翻譯為“激光”的建議。激光這個(gè)譯名,既能反映受激輻射的科學(xué)內(nèi)涵,又能表明它是一種很強(qiáng)烈的新光源,因此從那時(shí)起被認(rèn)同并一直沿用至今。
激光的波長(zhǎng)和普通光的波長(zhǎng)一樣,激光呈現(xiàn)的顏色取決于激光的波長(zhǎng),而波長(zhǎng)取決于發(fā)出激光的活性物質(zhì),即受激后能產(chǎn)生激光的那種材料。受激材料有固體、半導(dǎo)體、氣體等。例如,紅寶石受激就能產(chǎn)生紅色的激光束;氬氣受激能夠產(chǎn)生藍(lán)綠色的激光束;半導(dǎo)體受激能夠發(fā)出紅外激光,肉眼看不見(jiàn);CO2受激能夠發(fā)出波長(zhǎng)為10.6μm的激光,肉眼也不可見(jiàn),等等。
1.1.2 激光與普通光源的區(qū)別
激光是高能量的光束集合,被稱為最快的刀、最準(zhǔn)的尺、最亮的光。激光與普通光源相比,具有四大特性。
(1)高方向性:這是指光束的發(fā)散角小,即激光的定向性極高,而普通光源向四面八方發(fā)光。如圖所示,手電筒的燈泡發(fā)出來(lái)的光線向四周發(fā)射。要讓發(fā)射的光朝一個(gè)方向傳播,需要給光源裝上一定的聚光裝置。例如,汽車的前燈和探照燈都安裝了有聚光作用的凹面鏡和凸透鏡,使光線匯集起來(lái),向一個(gè)方向射出。
(2)高亮度:光源的亮度是指發(fā)光單位在給定方向單位立體角范圍內(nèi)的光功率。在發(fā)明激光前,人工光源中高壓脈沖氙燈的亮度最高,與太陽(yáng)的亮度不相上下,而激光的亮度遠(yuǎn)高于太陽(yáng)的亮度,例如,紅寶石激光器的激光亮度,約為太陽(yáng)光亮度的100億倍。
(3)高單色性:由于激光器輸出的光,波長(zhǎng)分布范圍非常窄,因此顏色極純。例如,氦氖激光器發(fā)射的紅色激光波長(zhǎng)分布范圍為μm級(jí)別,是氪燈發(fā)射的紅光波長(zhǎng)分布范圍的萬(wàn)分之二。由此可見(jiàn),激光器的單色性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)任何一種單色光源。
(4)高相干性:這是指光波各個(gè)部分的相位關(guān)系。由于激光具有高方向性和高單色性,光束在傳播過(guò)程中與各點(diǎn)必然形成穩(wěn)定的相位關(guān)系,形成穩(wěn)定的干涉條紋。
激光具有以上四大特點(diǎn)使得它能夠精確地集中到焦點(diǎn),得到很高的功率密度,比一般的切割熱源高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。激光加工帶來(lái)了傳統(tǒng)加工所不具備的高能品質(zhì),所以得到廣泛應(yīng)用,其中,材料加工就是其一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域。
普通光源與激光的發(fā)散角區(qū)別
(文章轉(zhuǎn)載來(lái)源:激光切割與LaserMaker建模)
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