物理能量转换世界 探索激光世界pdf

物理能量转换世界 探索激光世界 内容简介

《物理能量转换世界:探索激光世界》从激光与激光器、激光的应用、激光与航空、激光与能源、激光武器等多种角度阐述了激光这一举世瞩目的重大科技成就，并探索了人类利用激光技术的新途径和新的应用渠道，有助于读者全面地了解激光的知识，正确地看待激光和人类的关系，为维护世界和平而努力。

物理能量转换世界 探索激光世界 目录

激光与激光器概述

激光产生的理论基础

激光器的组成

激光的特点

激光器的种类

激光在生活中的应用

激光在视听领域中的应用

激光在立体世界中的应用

激光在办公室自动化中的应用

激光在通信中的应用

激光在科研中的应用

激光创造的纪录

激光在检验测量中的应用

激光在生物中的应用

激光在医学中的应用

激光在防灾环保中的应用

激光在航空中的应用

激光与航空安全

激光陀螺与光纤陀螺

激光与飞机设计

激光与能源概述

激光与分离同位素

激光在核聚变中的应用

激光与光能飞船

激光武器概述

漫谈激光制导武器

漫谈激光测距

漫谈激光与雷达

漫谈激光对潜通信

漫谈激光束能武器

激光模拟

漫谈激光武器防护

物理能量转换世界 探索激光世界 精彩文摘

我们知道，一切物质都是由原子组成的，而原子又是由原子核和绕原子核不停地转动的电子所组成的，原子核带正电，核外电子带负电，电子绕原子核转动有离开的趋势。而正负电荷相吸引又有使它们靠近的趋向。两者对立统一，使电子与原子核之间保持一定的距离。在没有外界作用时，这个距离不变。不同的原子，绕原子核转动的电子数目也不相同，这些电子按照一定规律分布在若干层特定的轨道上。

最简单的原子就是氢原子，它只有一个电子绕原子核运动。电子运动就有一定的动能，电子被原子核吸引又有一定的势能，两者之和称为原子的内能。当核与电子问的距离保持不变时，原子的内能也不会改变。如果在外界作用下，电子与原子核的距离增大，原子的内能就增加，反之，使电子与原子核的距离减小，内能就减少。不过原子内能的变化并不是连续的，而是一级一级地分开的，即电子运动的轨道半径只可能取一系列的分立值，这是一切微观粒子（原子、分子、离子）的共同属性。

氢原子中虽然只有一个电子，但这个电子的运动轨道并非只有一条，而是有若干条。电子究竟处在哪一条轨道上运动，就要看原子内能的大小了。

通常情况下，电子在距原子核最近的轨道上运动，即原子处于最低的能量状态（稳定状态）。当外界向原子提供能量时，原子由于吸收了外界能量而引起自身的能量状态发生变化，即能量提高了，此时原子中的电子就会从低轨道跳（跃迁）到某一高轨道上去。外界提供的能量越大，电子的轨道就越高。或者说，电子轨道的高低，反映了原子的能量状态。电子的轨道高，就意昧着原子处于高能态；电子的轨道低，就意味着原子处于低能态。原子处于每一个能量状态时，都有一个确定的能量值，这些数值各不相等，把它们用高低不同的水平线形象地表示出来，就叫做原子的能级图。不同的原子能级结构也不相同。

原子丢失其外层电子就成为离子。离子的能级结构与原子的能级结构类似。分子由原子构成，其能级结构，包括电子能级、原子振动能级和分子转动能级，比较复杂。电子、原子和分子都极其微小，习惯上统称它们为微观粒子。为了形象起见，常按微观粒子系统稳定态能量的大小，取某种比例的一定高度的水平线来代表系统的能态高低。高者叫高能级，低者叫低能级，各水平线统称为能级。它们构成的图叫做系统的能级图。通常为简明扼要，并不一定在能级图上画出所有能级，而只画上与所研究的物理现象有关的能级。

在自然界，任何物质的发光都需要经过两个过程，即受激吸收过程和自发辐射过程。受激吸收过程是指当物质受到外来能量如光能、热能、电能等的作用时，原子中的电子就会吸收外来能量（如一个光子），从低轨道跃迁到高轨道上去，或者说处于低能态的粒子会吸收外来能量，跃迁至高能态。由于吸收过程是在外来光的激发下产生的，所以称之为“受激吸收”。

自发辐射过程，被激发到高能级上的粒子是不稳定的，它们在高能级上只能停留一个极为短暂的时间，约为一亿分之一秒，然后立即向低能级跃迁。这个过程是在没有外界作用的情况下完全自发地进行的，所以称为“自发跃迁”。粒子在自发跃迁过程中，要把原先吸收的能量释放出来，释放能量转变为热能，传给其他粒子，这种跃迁叫做“无辐射跃迁”，当然就不会有光子产生。

另一种是以光的形式释放能量（叫做自发辐射跃迁），即向外辐射一个光子，于是就产生了光。自发辐射过程放出的光子频率，由跃迁前后两个能级之间的能量差来决定，可见，两个能级之间的能量差越大，自发辐射过程所放出的光子频率就越高，如同弹琴，如果用力拉紧琴弦，琴发出的音调频率就高，反之则低。

自发辐射光极为常见，普通光源的发光就包含受激吸收与自发辐射过程。前一过程是粒子由于吸收外界能量而被激发至高能态；后一过程是高能态粒子自发地跃迁回低能态并同时辐射光子。当外界不断地提供能量时，粒子就会不断地由受激吸收到自发辐射，再受激吸收，再自发辐射，如此循环不止地进行下去。每循环一次，放出一个光子，光就这样产生了。以电灯为例：接通电源后，电流流经灯泡中的发光物质——钨丝，钨丝被灼热，使钨原子跃迁至高能态，然后又自发跃迁回低能态并同时辐射出光子，于是灯泡就亮了。