激光知识篇 - (EPUB全文下载)

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书籍内容：

前 言
人类社会已经进入一个崭新的新世纪，科学技术正以人类意想不到的发展速度深刻地影响并改变着人类社会的生产、生活和未来。
《科普知识百科全书》结合当前最新的知识理论，根据青少年的成长和发展特点，向青少年即全面又具有重点的介绍了宇宙、太空、地理、数、理、化、交通、能源、微生物、人体、动物、植物等多方面、多领域、多学科、大角度、大范围的基础知识。内容较为丰富，全书涉及近100个领域，几乎涵盖了近1000个知识主题，展示了近10000多个知识点，字数为800多万字，书中内容专业性强，同时又易于理解和掌握，每个知识点阐述的方法本着从自然到科学、原理、论述到社会发展的包罗万象，非常适合青少年阅读需求。该书是丰富青少年阅历，培养青少年的想象力、创造力，加强他们的探索兴趣和对未来的向往憧憬，热爱科学的难得教材，是青少年生活、工作必备的大型工具书。
本书在内容安排上，注意难易结合，强调内容的差异特点，照顾广大读者的理解力，真正使读者能够开卷有益，在语言上简明易懂，又富有生动的文学色彩，在特殊学科的内容中附有大量图片来帮助理解，具有增加知识，增长文采的特点，可以说该书在当今众多书刊中是不可多得的好书。
该书编撰得到了各部门专家、学者的高度重视。从该书的框架结构到内容选择；从知识主题的阐述到分门别类的归集；从编写中的问题争议到书稿最后的审议，专家、学者都提供了很宝贵的修改意见，使本书具有很高的权威性、知识性和普及性。
本书采用分级管理、分工负责的办法编写，在编写的过程中得到了国家图书馆、中国科学院图书馆、中国社会科学院图书馆、北京师范大学图书馆的大力支持和帮助，在此一并表示真诚的谢意！在本书编写过程中，我们参考了相关领域的最新研究成果，谨向他们表示衷心的感谢！
由于编写时间仓促，加之水平有限，尽管我们尽了最大努力，书中仍难免有不妥之处，敬请广大读者批评指正。
本书编委会
2006年1月
神奇的光
激光之谜
本世纪50年代，无线电电子学飞速发展，为了探求产生更短的相干电磁波，1954年美国哥伦比亚大学的汤斯首次制成了氨分子微波激射器，由此打开了通向激光的道路。1960年世界第一台以红宝石为受激物体的激光器由美国物理学家梅曼研制成功。激光器的问世轰动了全美国，出现了光学物理的“文艺复兴”时代。激光的出现与发展，说要是靠从事电磁波谱学研究的学者们努力的结果，是相干电磁频谱向高频段发展的必然。它不仅是光学领域的伟大成就，更是电子学领域的伟大成就，激光为电子学的发展开创了一个崭新的局面。传统电子学的原理，借助光电、电光转换，用途遍及整个电子工程领域。
尽管目前激光技术还处于幼年时代，却已经为人类带来了几千种之多的各种激光发生器，有固体、气体、半导体、有机染料、化学、准分子、自由电子、巨脉冲等各种类型。目前激光器的波长从100埃至0·5毫米，最大连续功率达10万瓦，最大脉冲功率达10亿千瓦。
什么样的光是激光？简单地说，激光也是一种光。它与普通光，如太阳光、灯光一样也是一种电磁波。但是激光产生的方法与普通光不同，它是物质“受激”而产生的光。
1917年，爱因斯坦在统计平衡观点研究“黑体”辐射时，得到一条结论：“自然界有两种不同的发光方式。一种叫自发辐射，另一种中受激辐射”。各种各样的人造光源，例如电灯、日光灯等都属于自发辐射光。各种自然现象所发射出来的光，也都属于自发辐射。这些光都有一些共同之处，比如光线向四面八方射出，其中包含着各种各样的颜色。
激光是原子受激发射而辐射的一种光。激光是一种新型的光源，它和普通光源的区别在于发光的微观机制不同。普通光源的发光是以自发辐射为主，各个发光中心发出的光波无论方向、位相或者偏振态都各不相同。激光的发光则是以受激辐射为主，各个发光中心发出的光波都具有相同的频率、方向、偏振态和严格的位相关系。由于这些差别，激光具有强度高，单色性好、相干性好和方向性好等几个特点。
激光的亮度是高压氙灯亮度的37亿倍。激光领域是光频电子的范畴。激光器的出现，提供了光频波段的电磁振荡源。今天无线电子学概念、理论和技术原则上都可以延伸到光频波段。电子学进入了一个新的天地。电子学和光学之间鸿沟已经不复存在。光学本来是一门古老的物理学，而今由于激光的发现和应用，崛起了前途无量的光电子学。
激光在过去书中按英文译音为“莱塞”，意思是“光受激发射器”，1964年以后统称为“激光”。在一些介绍激光的书刊中还常提及一个技术名词叫做“简并度”，这是区别激光与普通光的一个技术指标。激光的简并度高达1017，而一般普通光线的简并度仅为千分之一。从电子技术角度看简并度低的光只是一片噪音，从光学角度看高简并度的光是具有高亮度的单色光。
激光从物理学上去看是电磁场，是整个电磁辐射的一个组成部分。爱因斯坦基于对电磁现象的研究，提出任何物体相互作用的传播速度都不能超过真空中的光速，每秒30万公里。
激光既然是“有质量”的电磁波，因此它与普通电磁波一样能够成为“载波”用以传播信息。但是激光在空中传播会受到许多因素的干扰，如它遇到云层、雾粒会造成严重信号衰落，遇到空气中的气流，会产生抖动、扩散等情况。因此如何避免干扰，保证传送质量是激光应用的一大关键。
1870年，美国物理学家丁达尔，在一次做流体实验时发现了一个有趣的现象，并从中受到了启发。他在一个盛满水的桶侧钻了一个小孔，水照例从小孔中喷射出来，这一现象原本不足为奇，但细心的丁达尔发现，水桶上方的灯光也随着小孔流出的水柱落在地面，竟然会出现一个光点。光应该是沿直线传播的，为什么会沿水柱的弧线传过来呢？经分析，这是因为水的光折射率比空气的光折射率大，光射到水和空气界面的时候，发生了全反射的原故。根据光的全反射原理，人们终于找到了理想的激光传输媒质——光导纤维。
1966年，有人曾预言“如果把玻璃中的铁离子控制在百万分之一以下，玻璃对光的损失可望达到一千米20dB”。这句话后半句的意思是，光可以每前进一千米，功率只下降百分之一。1970年美国克林玻璃公司发现了这一预言，他们完成了光导纤维技术上的重大突破， ............

书籍插图：

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