Question

激光产生原理

Answer 1

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Answer 2

　　【1】激光的基本原理是：自发辐射与受激辐射自发辐射是在没有任何外界作用下，激发态原子自发地从高能级向低能级跃迁，同时辐射出一光子。如下图所示：

　　【2】产生激光的首要条件是实现粒子数反转。能够实现粒子数反转的介质称为激活介质。要造成粒子数反转分布，首先要求介质有适当的能级结构，其次还要有必要的能量输入系统。供给低能态的原子以能量，促使它们跃迁到高能态去的过程称为抽运过程。

Answer 3

1. 受激吸收（简称吸收） 　　处于较低能级的粒子在受到外界的激发（即与其他的粒子发生了有能量交换的相互作用，如与光子发生非弹性碰撞），吸收了能量时，跃迁到与此能量相对应的较高能级。这种跃迁称为受激吸收。 　　2. 自发辐射 　　粒子受到激发而进入的高能态，不是粒子的稳定状态，如存在着可以接纳粒子的较低能级，即使没有外界作用，粒子也有一定的概率，自发地从高能级（E2）向低能级（E1）跃迁，同时辐射出能量为（E2-E1）的光子，光子频率 =（E2-E1）/h。这种辐射过程称为自发辐射。众多原子以自发辐射发出的光，不具有相位、偏振态、传播方向上的一致，是物理上所说的非相干光。 　　3. 受激辐射、激光 　　1917年爱因斯坦从理论上指出：除自发辐射外，处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。他指出当频率为=（E2-E1）/h的光子入射时，也会引发粒子以一定的概率，迅速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子，这个过程称为受激辐射。 　　可以设想，如果大量原子处在高能级E2上，当有一个频率 =（E2-E1）/h的光子入射，从而激励E2上的原子产生受激辐射，得到两个特征完全相同的光子，这两个光子再激励E2能级上原子，又使其产生受激辐射，可得到四个特征相同的光子，这意味着原来的光信号被放大了。这种在受激辐射过程中产生并被放大的光就是激光。

Answer 4

发射激光的三个基本要素：激励源、工作物质、谐振腔再来看看激光器的基本结构：激励源、工作物质
、谐振腔（1）激励源：激励源的作用是为工作物质中形成粒子数反转分布和光放大提供必要的能量来源。也就是说，激光的能量是由激励源的能量转变来的。（2）工作物质：产生激光的物质基础(又称激活媒质)，也就是发生上面说的“受激辐射”的地方。并不是任何物质都能作为激光工作物质，也不是任何能实现粒子数反转的物质都能用来制造实用的激光器。人们总是尽量选用那些在室温下更容易实现粒子数反转的物质，而且它们应对激励源有很强的吸收性。激光工作物质可分为气体、液体、固体和半导体四大类。（3）光学谐振腔在激光能量还不够的时候，就会在激光腔（工作物质就在激光腔中）中振动来振动去，从全反镜反射到半反镜，再从半反反射到全反镜……直到激光的能量足够穿过半反镜，激光就透射出来了！

Answer 5

极光是常常出现于纬度靠近地磁极地区上空大气中的彩色发光现象。一般呈带状、弧状、幕状、放射状，这些形状有时稳定有时作连续性变化。 极光是来自太阳活动区的带电高能粒子(可达1万电子伏)流使高层大气分子或原子激发或电离而产生的。由于地磁场的作用，这些高能粒子转向极区，所以极光常见于高磁纬地区。在大约离磁极25°—30°的范围内常出现极光，这个区域称为极光区。 极光下边界的高度，离地面不到100公里，极大发光处的高度离地面约110公里左右，正常的最高边界为离地面300公里左右，在极端情况下可达1000公里以上。 根据近年来关于极光分布情况的研究，极光区的形状不是以地磁极为中心的圆环状，而是卵形。 极光的光谱线范围约为3100—6700埃，其中最重要的谱线是5577埃的氧原子绿线，称为极光绿线。 早在2000多年前，中国就开始观测极光，有着丰富的极光记录。