激光的产生

第一节　激光的产生

我们谈到“激光的产生”，其中有两个方面的意义：其一个方面是指激光的产生机理，因此也就能了解到激光与普通的光源光的区别有什么本质上的区别，这也是继光为什么有神气的特性的原因；另外一个方面是指诞生在世界上的第一束激光。

一、激光的亮度很高

激光的特性中最主要的一个是能够产生极高的亮度，或者可以说是有极高的发光强度。地球上任一种已知材料，不管它的熔点有多高，在较强的激光的照射下，不到1秒钟它就开始气化；而且任意一种的金属或者钻石，不管它的硬度有多大，激光都能把它轻而易举地打孔。但是激光为什么会具有如此高的发光强度呢？

这是因为一个普通的光源发光，从时间上来讲，一般都是持续不断地发射，例如一只灯泡，通电以后一直就在发光，一直到切断电源以后为止；从空间上来讲，它却是向四面八方传播的，因而一只灯泡可以照亮整个房间。这就是说，普通光源发出的光能量无论时间上还是空间上都弥散开去，所以难以产生极高的强度。

激光的发射则与此完全的不同，它的能量是在非常短的时间里爆发出来的，目前最短的能达到几个飞秒（1飞秒＝10^－15秒），这比我们通常用“一眨眼”来形容的时间短了不知要有多少倍！而且，其能量往往集中在一条极细的光束中，例如光束直径只有若干微米（1微米＝10^－6米），且几乎无发散地向前传播。此外，激光具有非常纯的颜色，在物理学中这被称为单色性，因此，也能通过各种适当的透镜变化把光束进一步的“压窄”。

二、自然界中的激光

上面介绍了各种的激光器，虽然这些器件是千差万别的，但是也有一点是共同的，那就是都是由人类制造的。那么，自然界中会不会产生激光呢？在1995年，美国国家航空和航天管理局奎普空间观察站的科学家们宣称，在太空中他们发现了一束“天然激光”。当空间站从科威特的哈瓦利返回美国加利福尼亚州的莫菲特菲尔德时，科学家们正在观察天鹅座星座中名为MWC349的一个新发现的高温发光星体的边际气体和尘埃圆盘，搜索波长在50到500微米之间的发射谱线。由国家航空和航天博物馆（NASM）的首席研究员斯特列尔尼茨基探测到这条辐射谱线。

依据报导可知，谱线的波长是169微米，它的强度也是同样的波长但是没有被放大自发辐射的六倍。发现的人也认为，这种来自自然界的激光的产生机制是：上述的星体辐射的强紫外线将星体周围的尘埃圆盘中高密度集合的氢原子泵浦到高能态，当红外辐射照射到这些受激的氢原子上时，它们便受激发射具有相同红外波长的强激光束。如果这种推测得到证实，它将是第一束被探测到的天然激光。

在这以后不久的一段时间，1996年2月出版的《光子学》杂志报导了美国明尼苏达州州立大学和瑞典隆德大学的研究人员发现太空中存在紫外激光，并且经过推断，激光是由η船底座星爆炸生成的物质团发出的，这个光的波长大约有251纳米。

η船底座星比太阳的亮度高400万倍，早在19世纪，天文物理学家们就曾观察到它正在经历一场大爆炸，这种爆炸持续了20年左右，随后释放出至少3个非常强的炽热气团，其中至少有一个可以辐射上述紫外激光。

据推测，激光看上去可能产生于气团中某种类铁原子，而这些原子必然有某种独特的结构，但在高速运动的气团中如何形成这种结构，迄今仍然是一个谜。