
他們在雜貨店掃描儀,互聯網連接和汽車備用攝像頭中。無論您是否意識到,您每天都會與激光互動。這種基於光的技術幫助建立了我們所生活的現代,深厚的相互聯繫的世界。但是,究竟是激光器,以及它們如何工作呢?
“激光”一詞實際上是一個首字母縮寫詞。它代表“通過刺激的輻射排放來放大光”。激光通過使能量顆粒振動或“振盪式”同步而起作用,這意味著它們散發出的光波的峰值和凹槽。想想一支軍隊在編隊中游行,與一群在城鎮廣場周圍銑削的人相比彼得·戴爾菲特(Peter Delfyett),佛羅里達州中部大學的光子學工程師。 “這是激光光的質量,而不是我們通常習慣的不連貫的白光。”
當振動同步原子中的電子達到其最高能量狀態時,它們突然逐回到低能量狀態時,在此過程中發出了一種特殊的光。然後,激光設備通過在使用兩個鏡子之間來回彈跳來完善此燈,然後將其放置在使用之前。
Delfyett說:“這就是您看到的實際燈光從激光指針中出來的。”
激光技術背後的基本物理學已有一個多世紀的歷史。該理論是第一個阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)於1917年提出。但是,將這些理論思想栩栩如生的研究人員將近四十年的時間要花費近四十年。
在激光器之前,有Masers-類似的技術,它使用微波而不是可見光。第一個功能性MASER是由哥倫比亞大學的一群科學家於1954年建造的。該設備使用一束高能氨分子和稱為共振腔的空心圍牆,以迫使微波振盪在一起。但是,它的功率輸出很小 - 只有大約10納米瓦。這比打開典型的燈泡所需的數量要少於十億次。相比之下,世界上最強大的激光器最多可以產生10次Petawatt,約佔十分之一的力量太陽。
為了使更強大的梅爾(Maser),科學家開始研究電磁頻譜。1960年,“光學儀表”(更名為激光)誕生了。並非所有激光器都在可見光光譜中運行,但它們都使用上面的頻率微波輻射。
激光比MASERS有幾個優勢。除了由於較短的電磁波長而將更多的能量包裝到光束中,激光易於構建,並且更易於精確地控制。儘管有時仍將masers用於射電望遠鏡和深空通信等諸如射電望遠鏡,但今天的激光器更為普遍。
“激光是20世紀最重要的科學和技術發明之一。”Svetlana Lukishova,紐約羅切斯特大學的納米啟發研究員。現在,從眼科手術到蝕刻玻璃再到使全球互聯網連接的光纖電纜的所有用途。他們甚至在檢測時空的漣漪中發揮了作用,稱為引力波。這激光干涉儀重力波觀測站使用兩個巨大的激光器相距數千英里,以探測時空的結構。
激光技術的未來看起來同樣光明。一些研究人員正在探索其成像系外行星的潛力遠遠超出我們的太陽系。 Delfyett和他的實驗室正在研究一個項目,以使激光器的小型生動機使數據中心更小,更節能,從而減少溫室氣體的排放。
但是Delfyett認為,這項技術可能有我們甚至還沒有夢想過的應用程序。他說:“激光的使用僅受您自己的想像力的限制。”