激光器的原理、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用1958年,人類在實驗室里激發(fā)出了一種自然界中沒有的光,這是一種完全新型的光，科學(xué)家渴望多年而自然界中并不存在的光，這就是激光.激光的英文名稱是Laser，它是英語短語“受激發(fā)射光放大”（LightAmplicationbyStimulatedEmissionofRadiation,Laser)中每個實詞第一個字母組成的縮略詞，它包含了激光產(chǎn)生的由來。它一出現(xiàn)就創(chuàng)造了許多奇跡，真可謂“一鳴驚人”?！叭R塞”“鐳射”“受激輻射光“產(chǎn)生激光的裝置被稱為激光器。激光和激光器的問世，被稱為20世紀(jì)最重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。1917：愛因斯坦在光量子論的基礎(chǔ)上發(fā)展了自發(fā)輻射和受激輻射的理論，預(yù)言存在著原子產(chǎn)生受激輻射放大的可能性，為研究微波激射器和激光器提供了理論依據(jù)1960年：T.H.Maiman研制了世界上第一臺激光器（LightAmplicationbyStimulatedEmissionofRadiation,Laser)激光是通過原子或分子的受激輻射而獲得的單色相干電磁波梅曼，美國物理學(xué)家。1960年梅曼研制成功世界上第一臺可實際應(yīng)用的紅寶石激光器。

它標(biāo)志著激光技術(shù)的誕生。1960年5月15日，在休斯公司的一個研究室里，年輕的美國物理學(xué)家梅曼組裝了第一臺激光器——紅寶石激光器。他在實驗裝置里有一根人造紅寶石棒，用氙燈得閃光照射紅寶石時，從裝置中射出了一束深紅色的亮光，它的亮度是太陽表面的4倍！如今，你只要稍加留意，就會發(fā)現(xiàn)激光就在我們身邊：激光唱機的動聽樂曲不斷回蕩在樓宇之間；激光影碟機悄然走進了千家萬戶；商場里商品貼的是激光防偽標(biāo)志；激光照排則包攬了所有的報刊雜志。我們遠(yuǎn)隔千里就可以同親人朋友通話，也是激光的功勞，因為光纖傳送的正是激光。激光雕刻細(xì)致入微，精確無比，可在鋼板、水晶等高強度材料上雕刻，廣泛應(yīng)用于工業(yè)打標(biāo)、激光成型、禮品標(biāo)牌。目前激光已廣泛應(yīng)用到激光焊接、激光切割、激光打孔（包括斜孔、異孔、膏藥打孔、水松紙打孔、鋼板打孔、包裝印刷打孔等）、激光淬火、激光熱處理、激光打標(biāo)、玻璃內(nèi)雕、激光微調(diào)、激光光刻、激光制膜、激光薄膜加工、激光封裝、激光修復(fù)電路、激光布線技術(shù)、激光清洗等。

經(jīng)過30多年的發(fā)展，激光現(xiàn)在幾乎是無處不在，它已經(jīng)被用在生活、科研的方方面面：激光針灸、激光裁剪、激光切割、激光焊接、激光淬火、激光唱片、激光測距儀、激光陀螺儀、激光鉛直儀、激光手術(shù)刀、激光炸彈、激光雷達、激光槍、激光炮……，在不久的將來，激光肯定會有更廣泛的應(yīng)用。激光變色激光洗眉機激光整形美容儀激光治療儀準(zhǔn)分子眼科激光激光照排激光切割機普通光的局限性普通光源發(fā)光，是大量獨立振子（例如發(fā)光原子）的自發(fā)輻射，不同振子發(fā)出的光波的相位是隨機變化的。一般情況下，光的相干性是指：在不同點和不同時間上光波場的某些特性（例如光波的相位）的相關(guān)性。普通光的相干性很差，必須犧牲光強來得到相干性，這給相干光學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶來了限制。普通的光源，例如白熾燈，燈絲中每個原子在什么時刻發(fā)光，朝哪個方向發(fā)光，都是不確定的，發(fā)光的頻率也不一樣.這樣的光在疊加時，一會兒在空間的某點相互加強，一會兒又在這點相互削弱，不能形成穩(wěn)定的亮區(qū)和暗區(qū)，所以不能發(fā)生干涉.這樣的光是非相干光.只有頻率相同、并滿足一定條件的光才是相干光.一、光的波粒二象性

光的一個基本性質(zhì)，就是同時具有波動性和微粒性光的微粒性：牛頓的光的微粒學(xué)說在原子的發(fā)射或吸收光等現(xiàn)象中將光看作是一個一個的光子組成的光的波動性：惠更斯、麥克斯韋的光的波動學(xué)說光的干涉和衍射。將光看作是由一列一列的光波組成的光子：愛因斯坦的光子學(xué)說（1905年愛因斯坦的光量子假說，諾貝爾獎）1、光波光是一種電磁波（1）線偏振光（2）光速、頻率和波長（3）紅外輻射、可見光和紫外輻射電磁波按其波長的長短大體上可分為：無線電波、微波、紅外輻射、可見光、紫外輻射、X射線、γ射線等。其中紅外輻射、可見光和紫外輻射通常稱為光。（4）單色平面光波

光譜區(qū)波長大致范圍（微米）紅外輻射1000－0.76可見光紅0.76－0.73

橙0.63－0.60

黃0.60－0.57

綠0.57－0.50

青0.50－0.45

藍0.45－0.43

紫0.43－0.40紫外輻射0.40（4000埃）－50埃2、光子光子的能量：光子的動量：二、能級和躍遷物質(zhì)由原子、離子或分子等微觀粒子組成原子由一個帶正電荷的原子核和若干個帶負(fù)電荷的電子組成，原子核所帶的正電荷與各個電子所帶的負(fù)電荷之和在數(shù)值上是相等的，整個原子是電中性的原子內(nèi)部少了電子則變成了正離子，反之，多了電子則變成負(fù)離子，故離子總是帶電荷的分子由若干個原子組成1、原子的能級原子的能級低能級、高能級基態(tài)、激發(fā)態(tài)例氫原子原子發(fā)光的先決條件是必須受到外界能量的激發(fā)。幾乎各種能量都可以成為這種激發(fā)條件而轉(zhuǎn)化成光能。2、輻射躍遷輻射躍遷選擇定則原子由于發(fā)射或吸收光子而從一個能級改變到另一個能級，則稱為輻射躍遷只有在原子的兩個能級滿足輻射躍遷定則的情況下，才能夠在這兩個能級間產(chǎn)生輻射躍遷。即，原子發(fā)射或吸收光子，只能出現(xiàn)在某些特定的能級之間3、無輻射躍遷如果原子只是通過與外界碰撞的過程或其他與外界進行能量交換的過程而從一個能級改變到另一個能級，既不發(fā)射也不吸收光子，稱為無輻射躍遷。在這類過程中，原子只是通過與外界碰撞而改變其內(nèi)部能量值，完全與吸收或發(fā)射光子無關(guān)4、激發(fā)態(tài)的平均壽命和亞穩(wěn)態(tài)處于激發(fā)態(tài)的原子總是要通過各種輻射躍遷或無輻射躍遷過程跳到比它低的能級，所以，原子在激發(fā)態(tài)只能停留有限的時間。原子在激發(fā)態(tài)停留時間的平均值稱為激發(fā)態(tài)的平均壽命。原子激發(fā)態(tài)的平均壽命一般為10－7－10－9秒如原子的某些激發(fā)態(tài)與比它低的能級之間只能有很弱的（或沒有）輻射躍遷，因而它的平均壽命很長（可能10－3秒或更長），這種激發(fā)態(tài)稱為亞穩(wěn)態(tài)三、激勵、光的自發(fā)發(fā)射、受激輻射和受激發(fā)射1、激勵激勵：使用某種方法將核素從低能級提升到較高能級的過程稱為激勵核素激發(fā)：設(shè)一核素最初處于基態(tài)能級，經(jīng)過激勵后從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)能級，這一過程叫核素激發(fā)。顯然此過程吸收能量激勵是激光器工作的一個重要的前提條件激勵激光介質(zhì)以使其轉(zhuǎn)移能量的方法有很多，如使激光介質(zhì)吸收外來光子，用活性介質(zhì)中的電子（或離子）與核素碰撞；在活性介質(zhì)中原子與分子碰撞，自由電子與已電離的原子重新組合，半導(dǎo)體中電流載體的重新組合，產(chǎn)生受激核素的化學(xué)反應(yīng)，電子的加速等等。受激的核素可通過非輻射過程（如與其他核素碰撞）釋放能量，也可通過釋放出光子來來釋放它們多余的能量。若他們發(fā)射光子釋放能量，其發(fā)射可以是自發(fā)輻射，也可是受激輻射2、光的自發(fā)發(fā)射處于高能級E2的原子總是會自發(fā)的躍遷到低能級E1的，并且發(fā)射一個頻率為γ，能量為的光子。對于大量的處于高能級E2的原子來說，它們是各自獨立地分別自發(fā)發(fā)射一個一個能量相同但波此無關(guān)的光子。這相當(dāng)于他們各自獨立的分別自發(fā)發(fā)射一列一列頻率為光波，但各列光波之間的位相完全無關(guān)。各列光波可以有不同的偏振方向，并且每個粒子所發(fā)的光可以沿著所有可能的方向傳播，這一過程稱為光的自發(fā)發(fā)射。特點：其過程與外界無關(guān)，各核素的輻射都是自發(fā)地、獨立地進行，因而發(fā)射的各光子的發(fā)射方向和初始相位都不相同。此外，由于大量核素所處的激發(fā)態(tài)不同，可以發(fā)出不同頻率的光，所以自發(fā)輻射放的頻譜較寬，這就是普通光源的發(fā)光原理自發(fā)輻射出的光子的簡并度很低，具有一系列的不同頻率和不同的初始相位，其單色性極差，而且彼此不能相干3、光的受激吸收當(dāng)處于低能級E1的原子受到光子能量恰好為的外來入射光照射時，原子會由于受到這種入射光的刺激，吸收一個這種光子而躍遷到高能級E2，這個過程稱為光的受激吸收，簡稱為吸收。4、光的受激發(fā)射當(dāng)處于高能級E2的原子受到光子能量為的光的照射時，這個原子也會在這種光的刺激下，發(fā)射一個與入射光子一摸一樣的光子，而躍遷到低能級E1，也就是受激發(fā)射的光與入射光的頻率都是，而且位相、偏振方向和傳播方向等都相同。這個過程稱為光的受激發(fā)射?？梢姡獾氖芗ぐl(fā)射起了增加入射光強度的作用。受激輻射產(chǎn)生的光，其光子的簡并度極高，但受激輻射必須在具有一定頻率（Vmn)的外來入射光子的作用下才能發(fā)生，而且外來入射光子的頻率必須滿足因此，可以使用另外某個受激核素的自發(fā)輻射光子作外來的入射光子實際上，光的自發(fā)發(fā)射、受激吸收和受激發(fā)射這三個過程是同時存在的。在大量的同類原子中，如果其中某些處于高能級E2的原子分別自發(fā)發(fā)射了一些能量為的光子，則這些光子對于其他原子來說，就可以看作是一些外來的入射光子。如果另外一些原子處于低能級E1，則有可能發(fā)生受激吸收；如果另外一些原子處于高能級E2，則有可能發(fā)生受激發(fā)射、這點對于分析激光的形成過程是重要的。受激輻射的光子與外來光子的性質(zhì)、狀態(tài)等均相同，因此可由外來光子誘發(fā)受激輻射出同性質(zhì)的光子，它們相互疊加，使光的強度變強，從而使入射光得到放大，最后獲得到與入射光同相位、同頻率、同方向、同偏振態(tài)的相干輻射光－－激光。受激輻射引起光的放大是產(chǎn)生激光的一個重要概念四、玻耳茲曼分布律在氣體管內(nèi)，大量的同類氣體粒子（指原子或分子等）在運動過程中，彼此會相互碰撞，并且交換能量。有些粒子被激發(fā)到高能級，而另外一些粒子則處于低能級。在達到熱平衡時，這些粒子在各個能級上是按照一定的統(tǒng)計規(guī)律分布的。這就是玻耳茲曼分布律。實際上，在一個含有眾多核素的系統(tǒng)中，通常難以實現(xiàn)受激輻射。原因在于，一是核素一時處于高能態(tài)的時間異常短促（約10ns量級），他們就將通過自發(fā)輻射返回低能態(tài)或基態(tài)；二是外來的入射光子容易被低能態(tài)的眾多核素所吸收。因此能否發(fā)生受激輻射，要由處于高能態(tài)和低能態(tài)核素的比例而定。正常的熱平衡條件下，核素（粒子）的分布遵從玻耳茲曼分布律，即處于低能級的粒子數(shù)總多于高能級的粒子數(shù)，因而外來入射的光子將被眾多的低能態(tài)核素所吸收。所以，在這種粒子正常分布狀態(tài)，自發(fā)輻射占主導(dǎo)。五、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布在激光器工作物質(zhì)內(nèi)部，由于外界能源的激勵，破壞了熱平衡，有可能使得處于高能級E2的粒子數(shù)密度大大增加，（可以使受激輻射取得支配地位）。把這種分布稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。當(dāng)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)后，激光介質(zhì)就處在非熱平衡狀態(tài)實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的唯一辦法是以適當(dāng)?shù)姆绞綇耐饨巛斎肽芰浚辜す饨橘|(zhì)中有盡可能多的粒子吸收能量而從低能級躍遷到高能級上去，這便是激勵過程，又叫“抽運”，譯名“泵浦”。激勵的方法有光激勵、放電激勵、化學(xué)激勵、電子束激勵或核能激勵等。當(dāng)然，能否實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，還須看激光介質(zhì)是否有合適的能級結(jié)構(gòu)。設(shè)頻率為的光在激光器工作物質(zhì)內(nèi)部沿著Z軸方向傳播。又設(shè)工作物質(zhì)內(nèi)部有一種粒子已在其高能級E2和低能級E1之間實現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，這樣的工作物質(zhì)通常稱為增益介質(zhì)。如能量為的入射光子碰到的處于高能級E2的粒子因而發(fā)生受激發(fā)射的幾率，正好等于光子碰到處于低能級E1的粒子因而發(fā)生受激吸收的幾率(即可能性）。因此，當(dāng)高能級E2的粒子數(shù)密度N2大于低能級E1粒子數(shù)密度N1時，在入射光傳播的同一段距離內(nèi)，發(fā)生受激發(fā)射次數(shù)應(yīng)多于發(fā)生受激吸收的次數(shù)。發(fā)生一次受激發(fā)射就增加一個與入射光子一摸一樣的光子，而發(fā)生一次受激吸收就減少一個入射光子。因而，在這種情況下，光在激光器工作物質(zhì)內(nèi)部將越走越強。即：頻率的光在激光器工作物質(zhì)內(nèi)部傳播時，其強度將隨著距離的增加而增加。激光的物理機制（1）我們知道，原子和分子中的電子是處于精確分立的能級上的，這意味著，如果控制得好的話，它們只吸收某些特定波長的光，或者只發(fā)射出特定波長的光。愛因斯坦第一個清楚地認(rèn)識到，如果光子能夠被原子吸收，并且使原子上升到能量高的能級，那么光子也能夠迫使原子失去它的能量，掉落到能量低的能級。光通常都會被物質(zhì)吸收，這僅僅是因為物質(zhì)里處于低能級的原子或分子幾乎總是比處在高能級的多：吸收的比發(fā)射的多。所以以前的人們從來沒有想過讓光通過某個物質(zhì)能得到加強。激光的物理機制（2）制造激光器的關(guān)鍵在于做出一種材料，其中的分子或原子的能量已經(jīng)處于一種相當(dāng)反常的分布，在激發(fā)態(tài)的數(shù)目比在基態(tài)的數(shù)目還要多。具有合適頻率的光波通過這樣的材料將會獲得而不是失去能量。這就是由于受激輻射而造成的光放大。五、激光器通常，激光器由工作物質(zhì)（激光介質(zhì)）、泵浦源和諧振腔組成。激光器中的過程使用兩塊平行的反射鏡，左邊是全反射的，右邊是半透明的。從外部照射的閃光使原子激發(fā)到激勵態(tài)。此過程在激光技術(shù)中稱為“泵浦”。一束相干輻射穿過半透明的鏡子，然后在兩塊鏡子之間來回反射，得到加強。最后射出的光就是激光了。Laser:lightamplificationbystimulatedemissionofradiation激光的特性：方向性－方向最集中激光的高方向性使其能在有效地傳遞較長的距離的同時，還能保證聚焦得到極高的功率密度，這兩點都是激光加工的重要條件。單色性－顏色最純由于激光的單色性極高，從而保證了光束能精確地聚焦到焦點上，得到很高的功率密度。相干性－相干性極好相干性主要描述光波各個部分的相位關(guān)系。所以它能像無線電波那樣進行調(diào)制,用來傳遞信息.光纖通信就是激光和光導(dǎo)纖維相結(jié)合的產(chǎn)物.

高強度－比太陽還要亮百億倍梅曼制成的那臺紅寶石激光器，它發(fā)射出的深紅色激光是太陽亮度的四倍。而近年來研制出的最新激光，要比太陽表面亮度高出一百億倍以上！因為激光器發(fā)出的激光是集中在沿軸線方向的一個極小發(fā)射角內(nèi)（僅十分之一度左右），激光的亮度就會比同功率的普通光源高出幾億倍。再加上激光器能利用特殊技術(shù)，在極短的時間內(nèi)（比如一萬億分之一秒）輻射出巨大的能量，當(dāng)它會聚在一點時，可產(chǎn)生幾百萬度，甚至幾千萬度的高溫。因此，我們可以利用激光束來切割各種物質(zhì)，焊接金屬以及在硬質(zhì)材料上打孔.醫(yī)學(xué)上可以用激光作“光刀”來切開皮膚、切除腫瘤，還可以用激光“焊接”剝落的視網(wǎng)膜.原子核聚變時釋放的核能是一種很有希望的能源.怎樣使原子核在人工控制下進行聚變反應(yīng)，這是各國科學(xué)家研究的重要課題.一個可能的實現(xiàn)途徑是,把核燃料制成小顆粒，用激光從四面八方對它進行照射，利用強激光產(chǎn)生的高壓引起聚變.固體激光器的結(jié)構(gòu)1960年5月15日，在休斯公司的一個研究室里，年輕的美國物理學(xué)家梅曼組裝了第一臺激光器——紅寶石激光器。紅寶石激光器的工作物質(zhì)是一根淡紅色的紅寶石晶體棒，晶體的基質(zhì)是Al2O3，晶體內(nèi)摻有約0.05%（重量比）的Cr2O3。Cr3+密度約為1.58×1019/厘米3。Cr3+在晶體中取代Al3+位置而均勻分布在其中，光學(xué)上屬于負(fù)單軸晶體。晶體中形成激光的是鉻離子Cr3+（即一個鉻原子失去三個外圍電子而形成的正離子）。正是鉻存儲了能量，它決定了激光器的作用。紅寶石晶體通常呈圓柱狀，端部呈鏡面，它被包圍在充有氙氣的管子中。但氙管閃爍發(fā)光時，光線刺激鉻原子釋放能量。鏡面把部分射線反射回管中，這部分反射能刺激鉻進一步釋放能量。紅寶石激光器工作物質(zhì)中的鉻離子，是被脈沖氙燈的光照射后才發(fā)光的，因此，脈沖氙燈及其電源以及聚光器就構(gòu)成紅寶石激光器的激勵能源脈沖氙燈是一個內(nèi)部充有幾十到幾百乇氙氣的石英燈管（1乇＝1mm水銀柱）。工作時，在電容器組上充電，由觸發(fā)器給燈加上一個幾萬伏的脈沖高壓，在燈管內(nèi)形成火花，燈管導(dǎo)通，這是儲存在電容器組中的電能量通過氙燈釋放出來，因而脈沖氙燈就發(fā)出很強的閃光。脈沖氙燈和紅寶石晶體棒分別位于橢圓柱面聚光器的兩條焦線上。根據(jù)橢圓柱面的特性，這是從脈沖氙燈發(fā)出的閃光射到橢圓柱面上，經(jīng)過反射，會到紅寶石晶體棒上，因此稱為聚光器，其內(nèi)表面一般鍍有金屬高發(fā)射膜紅寶石激光器激光晶體材料固體激光器氣體激光器——He-Ne氣體氦氖激光器是最典型的惰性氣體原子激光器。直流放電激勵，利用輝光放電正柱區(qū)實現(xiàn)。連續(xù)出光，主要是紅光，近年又獲得黃綠光。輸出功率小，但光束質(zhì)量很好，穩(wěn)定性高。在氣體激光器中，最常見的是氦氖激光器。世界上第一臺氦氖激光器是繼第一臺紅寶石激光器之后不久，于1960年在美國貝爾實驗室里由伊朗物理學(xué)家賈萬制成的。由于氦氖激光器發(fā)出的光束方向性和單色性好，可以連續(xù)工作，所以這種激光器是當(dāng)今使用最多的激光器，主要用在全息照相的精密測量、準(zhǔn)直定位上。氣體激光器——氬離子氬離子激光器是典型的惰性氣體離子激光器。大電流放電激勵，利用弧光放電正柱區(qū)實現(xiàn)。在可見光區(qū)是輸出連續(xù)功率最高的一種器件。能量轉(zhuǎn)化效率低，一般只有0.01%的量級。氣體激光器中另一種典型代表是氬離子激光器。它可以發(fā)出鮮艷的藍綠色光，可連續(xù)工作，輸出功率達100多瓦。這種激光器是在可見光區(qū)域內(nèi)輸出功率最高的一種激光器。由于它發(fā)出的激光是藍綠色的，所以在眼科上用得最多，因為人眼對藍綠色的反應(yīng)很靈敏，眼底視網(wǎng)膜上的血紅素、葉黃素能吸收綠光。因此，用氬離子激光器進行眼科手術(shù)時能迅速形成局部加熱，將視網(wǎng)膜上蛋白質(zhì)變成凝膠狀態(tài)，它是焊接視網(wǎng)膜的理想光源。氬離子激光器發(fā)出的藍綠色激光還能深入海水層，而不被海水吸收，因而可廣泛用于水下勘測作業(yè)。氣體激光器——二氧化碳二氧化碳激光器，可稱“隱身人”，因為它發(fā)出的激光波長為10.6微米，“身”處紅外區(qū)，肉眼不能覺察，它的工作方式有連續(xù)、脈沖兩種。連續(xù)方式產(chǎn)生的激光功率可達20千瓦以上。脈沖方式產(chǎn)生的波長10.6微米激光也是最強大的一種激光。人們已用它來“打”出原子核中的中子。二氧化碳激光器的出現(xiàn)是激光發(fā)展中的重大進展，也是光武器和核聚變研究中的重大成果。最普通的二氧化碳激光器是一支長1米左右的放電管。它的一端貼上鍍金反射鏡片，另一端貼一塊能讓10.6微米紅外光通過的鍺平面鏡片作為紅外激光輸出鏡。一般的玻璃鏡片不讓這種紅外光通過，所以個能做輸出鏡。放電管放電時發(fā)出粉紅色的自發(fā)輻射光，它產(chǎn)生的激光是看不見的，在磚上足以把磚頭燒到發(fā)出耀眼的白光。做實驗時，一不小心就會把自己的衣服燒壞，裸露的皮膚碰到了也要燒傷，所以這種激光器上都貼著“危險”的標(biāo)記，操作時要特別留神。以脈沖方式發(fā)射的二氧化碳激光器也有很多種，在科研和工業(yè)中用途極廣。如果按每一脈沖發(fā)出的能量大小作比較，那么，脈沖二氧化碳激光器又是脈沖激光器中的最強者。氣體放電特性曲線預(yù)電離技術(shù)橫向激勵高氣壓CO2激光器，通常又稱TEACO2激光器，其輸出的脈沖峰值功率可達太瓦級，每個脈沖能量為數(shù)千焦耳，是氣體激光器在高功率和大能量方面與固體激光器競爭的最有希望的器件。為了獲得高功率激光的輸出，需要增大激光增益區(qū)。在大體積放電中很關(guān)鍵的一個問題就是如何獲得均勻放電。因為在兩個大面積的電極間總有少數(shù)幾處出現(xiàn)孤立的擊穿放電，形成明亮的弧光放電條紋。電極面積越大，這種現(xiàn)象越嚴(yán)重。為了解決這個問題，通常采用預(yù)電離技術(shù)，即在陰極和陽極間主放電之前，先使氣體產(chǎn)生弱電離，然后再進行主放電。液體激光器液體激光器也稱染料激光器，因為這類激光器的激活物質(zhì)是某些有機染料溶解在乙醇、甲醇或水等液體中形成的溶液。為了激發(fā)它們發(fā)射出激光，一般采用高速閃光燈作激光源，或者由其他激光器發(fā)出很短的光脈沖。這種激光器的工作物質(zhì)是染料，如碳花青、若丹明和香豆素等等?？茖W(xué)家至今還沒有弄清楚這些染料的分子能級和原子結(jié)構(gòu)，只知道它們與氣體工作物質(zhì)的氣體原子、離子結(jié)構(gòu)不一樣；氣體產(chǎn)生的激光有明確的波長，而染料產(chǎn)生的激光，波長范圍較廣，或者說有多種色彩。染料激光器的光學(xué)諧振腔中裝有一個稱為光柵的光學(xué)元件。通過它可以根據(jù)需要選擇激光的色彩，就像從收音機里選聽不同頻率的無線電臺廣播一樣。故又被稱為“變色龍”染料激光器的激勵源是光泵，可以用脈沖氙燈，也可以用氮分子激光器發(fā)出的激光。用一種顏色的激光作光泵，結(jié)果能產(chǎn)生其他顏色的激光可以說是染料激光器的特點之一。這種根據(jù)需要可以隨時改變產(chǎn)生激光的波長的激光器，主要用于光譜學(xué)研究；許多物質(zhì)會有選擇地吸收某些波長的光，產(chǎn)生共振現(xiàn)象?？茖W(xué)家用這些現(xiàn)象分析物質(zhì)，了解材料結(jié)構(gòu)；還用這些激光器來產(chǎn)生新的激光，研究一些奇異的光學(xué)和光譜學(xué)現(xiàn)象?；瘜W(xué)激光器化學(xué)激光器是用化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生激光的。如氟原子和氫原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，能生成處于激發(fā)狀態(tài)的氟化氫分子。這樣，當(dāng)兩種氣體迅速混合后，便能產(chǎn)生激光，因此不需要別的能量，就能直接從化學(xué)反應(yīng)中獲得很強大的光能。這類激光器比較適合于野外工作，或用于軍事目的，令人畏懼的死光武器就是應(yīng)用化學(xué)激光器的一項成果。半導(dǎo)體激光器用半導(dǎo)體制成。它們叫砷化鎵半導(dǎo)體激光器，體積只有火柴盒大小，這是一種微型激光器，輸出波長為人眼看不見的紅外線，在0.8～0.9微米之間。由于這種激光器體積小，結(jié)構(gòu)簡單，只要通以適當(dāng)強度的電流就有激光射出，再加上輸出波長在紅外線光范圍內(nèi)，所以保密性特別強，很適合用在飛機、軍艦和坦克上。激光的應(yīng)用略施小技

科學(xué)家掌握激光的特性以后，使激光登上顯示現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的大舞臺，讓它干了三件不可思議的奇事。第一件奇事是刺破青天，去叩響月球“廣寒宮”的大門。1969年，美國的宇航員乘坐宇宙飛船首次登上月球。其實激光早在1962年就已經(jīng)捷足先“登”上了月球。那次，科學(xué)家使用的是紅寶石激光束。激光從地球射到月球上，再從月球返回地球，越過萬里長空，來去只花了2.6秒。科學(xué)家拍攝了這一珍貴的鏡頭，攝下了激光在月球上的足跡—一個明亮的紅點。第二件奇事是讓激光束鉆到人的眼睛里治眼病。眼睛很像照相機，瞳孔和瞳孔后的晶狀是一個光線可以進入的“窗口”。細(xì)得像一條線的激光束，正好從這里射入眼內(nèi)。晶體像透鏡一樣，它把激光聚焦在眼底上。焦點非常小，只有幾十微米，和頭發(fā)絲直徑差不多；因此能量高度集中，溫度可達1000多度，用它來做精確度很高的眼科手術(shù)非常理想