激光單色性

A. 激光單色性

激光切割用的是二氧化碳激光器吧，都是紅外的，看不到，你看到的白色可能是切割時，被切割物體過熱打出來的

B. 為使氦氖激光器的相干長度達到1km，它的單色性是多少

^單色性能參數R定義為R=△ν/ν0=△λ/λ0 利用△ν版=tc tc=Lc/c ν0=λ權0/c
得到R=△ν/ν0=1/ν0tc =λ0/Lc
所以△λ/λ0=632.8*10^-9/1*10^3 = 6.328*10^-10

C. 衡量單色性優劣的標準是什麼

從電磁波譜中，我們可以看到，對應一種顏色就有一種波長。「雨後復斜陽，彩虹架長空」，這是我們常見的自然現象，因為太陽光包含著所有可見光的波長，也就是包含著世界上所有的各種顏色，結果卻成了白色。所以，「白」光是紅、橙、黃、綠、青、藍、紫各種顏色光的混合。一種光所包含的波長范圍越小，它的顏色就越純，看起來就越鮮艷，通常我們把這種現象稱之為單色性高。一般把波長范圍小於幾埃（1埃=1億分之一厘米）的一段輻射稱為單色光，發射單色光的光源稱為單色光源。和激光束的發散角是衡量光束方向性好壞的標志一樣，譜線寬度則是衡量單色性優劣的標准。

人們在長期生產和科學實驗中，已經創造出很多單色光源，如各種霓虹燈、水銀燈、鈉光燈等。以往最好的單色光源是同位素氪燈86，它在低溫下發出的光波長范圍只有約0.005埃，室溫下的譜線寬度為0.0095埃，因此它的顏色很鮮艷。激光的出現，在光的單色性上引起了一次大的飛躍。如單色性好的氦氖激光，它的波長范圍比千萬分之一埃還要小，最小的已經達到一千億分之幾埃，它的單色性比普通光真不知要好多少億倍。因此，激光是顏色最純、色彩最鮮的光。

激光這種高單色性有什麼意義呢？大家知道，在日常生活和工作中，測量長度是十分重要的。如果測量的精密度要求很高，靠米尺、游標卡尺、千分尺等都不行，那人們就得用光波的波長作單位來測量長度。因為光波波長很短，精密測量就很准確。這種「光尺」能夠准確地測量最大長度取決於光的單色性。單色性越好，准確測量的最大長度就越大。過去用最好的單色光源氪燈進行測量，只能測得38.5厘米的最大長度，而現在用氦氖激光器可以測得幾十公里長，誤差卻很小很小。在激光單色性基礎上發展起來的「拍頻技術」，可以用來極精密地測定各種移動、轉動和振動速度，每秒移動幾個微米或每秒轉動十分之一度的速度都可以測出來。同無線電技術相類似，在光通信中採用光外差探測時，其波長或頻率范圍越小，就越可以提高接收機的信噪比（信號和噪音的比值，越大越好）和靈敏度。單色性對在背景光干擾下進行特徵識別也非常有利。此外，人們正在用紅、綠、藍三種激光作為基色來合成各種十分鮮艷、逼真的色彩，應用於彩色電視技術中製作激光大屏幕投影電視。

D. 激光和單色光有什麼區別嗎

激光其實是一種技術，或者說是產生光的具體原理。英文原名是laser
是light amplification of stimulated emission of radiation的縮寫。
1916年，愛因斯坦在研究光輻射與原子間的相互作用時指出，原子除了吸收光輻射和自發輻射之外，還會有受激輻射。他認為，當原子中的電子處於一個高能級時，若外來的光子的頻率正好滿足高低能級之間的差值，則原子中處在高能級的電子會在外來光子的誘發下向低能級躍遷，並發出與外來光子一樣特徵的光子。這就是受激輻射。手機宿舍與外來光子具有相同的頻率、相位、偏振方向。在受激輻射中通過兩個特徵完全相同的光子，再引起其他原子的產生受激輻射，就能得到更多的特稱完全相同的光子。這個現象成為光放大。所以，由於受激輻射得到的放大了的光是相干光，稱之為激光。
所以說，激光在理論上，是一種光的產生機理，同我們所用的日光燈、白熾燈等等普通光源的「自發輻射」產生光，同屬於光產生機理。由上面的介紹可以看出，激光在理論上產生的光子總是具有完全相同的頻率，所以，由同一種光子激發的激光必定是一種單色光。
單色光是就其特稱而言的，我們平時看到的「單色光」其實細究起來都不是真正意義上的單色，只有激光是完全的單色。所以說，單色是激光的一種性質，一種特徵

E. 激光的單色性和相乾性有什麼區別

你好！
單色一定是相乾的，相干不一定單色
如有疑問，請追問。

F. 為使激光器的相干長度達到1km，它的單色性應是多少

激光的單色性=光速/相干長度=（3*10^8m/s）/1000m=3*10^5Hz=300KHz

相干長度定義式為Δc=λ^2/Δλ0=c/Δν，是指具有一定譜寬的光源能夠發生干涉的最大光程差，其中Δλ0是光源的光譜寬度，也就是光源I-λ圖中光強下降到最大值的一半時對應的波長范圍，Δν為頻率寬度線寬，Δν=Δλ*c/λ^2，其中Δλ為線寬。相干長度越大，相干時間越長，那麼光源的時間相乾性越好。

G. 激光的主要特點 激光的單色性、方向性、相乾性分別是指什麼

激光的高亮度：固體激光器的亮度更可高達1011W／cm2Sr.不僅如此,具有高亮度的激回光束經透鏡聚焦後答,能在焦點附近產生數千度乃至上萬度的高溫,這就使其可能可加工幾乎所有的材料.
激光的高方向性：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
激光的高單色性：由於激光的單色性極高,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.
激光的高相乾性：相乾性主要描述光波各個部分的相位關系.正是激光具有如上所述的奇異特性因此在工業加工中得到了廣泛地應用.

H. 激光的概念 激光的高能量 粒子性 單色性 方向性分別是什麼

用電學、光學及其它方法對工作物質進行激勵,使其中一部分粒子激發到能量較高的而又能維持時間較長的所謂亞穩態上去,當這種狀態的粒子數量大於能量較低狀態的粒子數時,叫做粒子數的反轉.由於場效應的作用,處於高能態的粒子受到感應而躍遷到低能態,同時發生光的輻射,這種輻射稱為受激輻射.這種輻射又感應其他高能態的粒子發生同樣的輻射.受激輻射的特點是輻射光和感應它的光子同方向、同位相、同頻率並且同偏振面.若把激光的工作物質置於諧振腔內,則光輻射在諧振腔內沿軸線方嚮往復反射傳播,多次通過工作物質,使工作物質中處於反轉態的粒子不斷受到感應而發光,一個粒子的輻射感應一大片造成雪崩似的放大效果,而形成一束強度很大、方向集中的光束,這種光束稱之為激光.激光的特點是：具有很好的單色性、方向性和相乾性,並且亮度極高.（1）單色性——如氦氖激光器發射出頻率為4.74×1014赫茲的紅色激光,它的頻帶寬僅是9×10-2赫茲.（2）方向性——激光光源的光束延伸幾公里後擴展范圍的線度不到幾厘米,而探照燈延伸幾公里後的擴展范圍的線度有幾十米.（3）相乾性——受激輻射滿足干涉條件,因而激光具有很好的相乾性.（4）高亮度——由於激光能把巨大的能量高度集中地輻射出來.如果把強大的激光束會聚起來照射到物體上,可以使物體的被照部分在不到千分之一秒時間內產生幾千萬度的高溫.自從激光問世以來,不但使古老的光學又變得生氣勃勃,並促使許多科學技術領域發生了巨大的變化,諸如激光手術刀,激光切割,直至激光武器等等.

I. 為什麼激光的單色性好

光的顏色由光的波長（或頻率）決定。激光器輸出的光，波長分布范圍非常窄，因此顏色極純。以輸出紅光的氦氖激光器為例，其光的波長分布范圍可以窄到2×10^-9納米，是氪燈發射的紅光波長分布范圍的萬分之二。激光的單色性遠遠超過任何一種單色光源。

J. 不同激光光源的單色性對比

9-5 激光的單色性
上述光學諧振腔的穩定結構以及它在受激輻射過程中所起的作用，僅僅是從幾何光學的角度來談的即凡滿足（9-25）式條件的諧振腔，可以使腔內的光線在軸線方向不斷得到放大和振盪，如果從物理光學的角度來觀察光波在腔內多次來回的反射所形成的，的各級反射波，可以看到這些反射波必然會產生干涉，而干涉的結果，會提高最後發射的激光的單色性。
一、譜線寬度
我們知道，原子發光是間隙的，這一次發光和下一次發光之間沒有任何聯系，由傅里葉變換可知，原子發光的壽命（即持續發光時間） 和所發光的頻率寬度 是成反比的，發光時間愈長，則頻率寬度愈窄，頻率寬度愈窄，光波的單色性就愈好
(圖9－19)
（圖9-19），現將此關系推導如下：
高原子發光時間為 ，發光的頻率寬度為 ， 為該頻寬的中心頻率，根據第一章附錄1-1振動疊加的三種計算方法，光振動可以寫成

中所含頻率為 的簡諧振動的振幅可以根據傅里葉變換算出，為

對於函數 來說，第一個零點位於 處，在 或 時， 的值很小，可以略去（圖9-19），故頻譜可認為限於 內，即頻寬 滿足下列關系
（9-26）
從（9-26）式可以看到，只有發光時間 的光波，它的 ，才是真正單色而無頻寬的光，既然發光時間 是不可能的，因此 的光也是不存在的，任何光源，它的發光時間 總有一定大小，它的頻率也就有一定大小的頻寬 ，根據關系式 ，也就有一定大小的譜線寬度 ，這樣形成的譜線寬度叫做自然線度。
譜線寬度（或頻率寬度）的成因是很多的，除了上面說的發光原子有一定大小的發光時間所引起的自然線寬外，另外一個主要原因是分子、原子熱運動所引起的多普勒效應，進站火車鳴叫聲的頻率比火車鳴叫聲的頻率高，這種日常生活中的聲學多普勒效應是為大家熟知的，如果發光原子面向光接收器運動，則接收到的波長變短，反之，如發光原子離開光接收器運動，則接收到的波長加長。
(圖9－20)
在圖9-20中，光源以速度 接近光接收器運動，設靜止光源所發的光波在一周期時間 內，向前傳播一個 的距離，當光源以速度 接近接收器時，在 時間內，光源在光波傳播方向上走了一段距離 ，光波向前傳播的實際距離僅為 — ，這就是說，光接收器接收到的光波波長變為 ，而

這時光波的頻率 為
（9-27）
因為 ，利用級數展開，（9-27）式可寫成
（略去高次項）
當 ，即光源接近光接收器運動時， 當 ，即光源離開光接收器運動時， 。
在氣體放電中，發光原子總在做無規則熱運動，原子運動速度的大小，可以在由零到某個一定數值之間變化，運動方向相對光接收器來說也是有正有負，於是就會在發光中心頻率 值附近，引起一個變化值，也就是說引起了譜線在一定范圍內的增寬，這個寬度叫做多普勒寬度。
由此可見，當原子由高能態 向低能態 躍遷時，發出的光輻射 乍看起來似乎是單一頻率的，其實由於上述原因，光譜線總有一定的寬度 ，而 是指中心頻率，以氖的 紅線來說，實際的中心頻率是 ，其頻率寬度 為 ，用圖來表示它是以 為中心具有頻率展寬的連續分布，

（圖9－21）
圖9-21即為氖 紅線線寬的示意圖，在 范圍內的頻率都是氖所發射的光譜線的頻率，因此，一般光源所發的光，絕不是單色的，而是有無數個連續分布著的頻率，譜線寬度 定義為光譜線最大強度的一半所對應的兩個頻率之差 。
二、諧振腔的共振頻率
假設有一個單一頻率的平面波沿諧振腔的軸線來回反射，經過鏡面多次反射後的光波之間，就會產生多光束干涉，干涉的結果，其合成振幅是加強，還是減弱，這就要看干涉條件來決定，設諧振腔長度為 ，光波波長為 ，若每束光在腔內沿軸線來回反射一次的位相差 為整數），則根據多光束干涉條件（1-28）式，可知強度為極大值，此時，光在腔內來回一次的路程 應是波長 的整數倍，即
為整數 （9-28）
若用 代替 ，（9-28）式可寫為
（9-29）
可以看出，當腔長與光波頻率滿足（9-29）式時，多光束干涉的結果得到極大值，我們稱這種情況為共振。符合共振條件的光波頻率得到極大值，我們稱這種情況為共振，符合共振條件的光波頻率稱為共振頻率。在諧振腔內，只有符合共振條件的那些光波才能存在，其它波長的光波，因不符合共振條件而干涉相消，不能在諧振腔內存在，當然，對同一諧振腔來說，可同時存在的共振頻率不止一個，
(圖9－22)
圖9-22表示兩種頻率的光波在諧振腔內同時產生共振的情況，一種波長較短，它的半波長的八倍等於腔長，另一種波長較長，它的半波長的四倍 等於腔長。
一般來說，諧振腔的腔長要長光波大許多倍，於是滿足共振條件（9-28）式或（9-29）式的光波頻率有許多個，我們可以根據諧振的頻率公式，計算出相鄰兩個共振頻率的差值 ，根據

可得
（9-30）
如用 表示兩個相鄰共振波長之差，則
（9-31）
例如，長為 的氖放電管，發射光波波長為 ，則相鄰兩共振頻率之差

相鄰兩共振波長之差

從（9-30）式或（9-31）式可以看到，諧振腔越長，相鄰兩個共振頻率的間隔 就越小，腔內能夠滿足共振條件的頻率數目就越多，從諧振腔發射出去的光波中所包含的頻率數目也就越多。
三、 光的單色性
如上所述，氣體放電管發射的光波，由於多種原因而存在一個譜線寬度，就是說，發射的光波不是單色的，而是有一定的頻率范圍，右這頻率范圍內的所有頻率，都可以在放電管所發射的光波中找到，但是，如果的把放電管放在光學諧振腔內，由於諧振腔的干涉作用，在發射出來的光波中，頻率數目就不是原來那樣多了，只有那些滿足諧振腔共振條件而又落在工作物質的譜線寬度內的頻率才能形成激光輸出，，不滿足共振條件的頻率，都在諧振腔內干涉相消了，例如，氖放電管所發射的光波有如圖9-21的形狀，它的中心頻率為 ，頻率寬度 ，而諧振腔相鄰兩共振頻率之差 為 ，則對氦氖激光器來說，從諧振腔發射出來的光波頻率數目，可由 和 ，這兩個數值的比值來決定：

所以，氦氖放電管通過諧振腔後射出的光波，只存在10個不同的頻率，這里，可以初步看到光學諧振腔對激光單色性所起的作用。

(圖9－23)
在圖9-23中，縱坐標表示光強，橫坐標表示頻率，曲線代表放電管所發光波的頻率輪廓，這也就是圖9-21所示的曲線，直線的橫坐標代表諧振腔的共振頻率，也就是從諧振腔中射出的光波頻率，這些共振頻率也有一個頻率寬度，因為諧振腔內產生多光束干涉時，在干涉相長時光強為極大，相消時光強為極小，從光強極大到極小，總有一個逐漸變化過程就是圖9-23中曲線所表示的，叫做共振輪廓。
可見，一般所體放電管發出來的光波，它的頻率寬度比較大，經過諧振腔選擇後，發射出來的光波的頻率寬度就比較窄了，何況諧振腔內總存在工作物質，它對出射光波的頻率寬度也起著限制的作用，所以，激光的單色性比較好，激光的單色性定義為 或 ，其中 、 為激光譜線的中疏頻率和中心波長， 和 為相應的頻率寬度和譜線寬度。
四、選模
在激光器的輸出光束中，如果只存在一個共振頻率，則稱為一個縱向模式，或稱為縱向單模，在激光技術中，如同時存在幾個共振頻率，則稱為縱向多模，如果我們希望從激光器出來的激光，只有一個頻率，則可以縮短諧振腔的長度，使得共振頻率的間隔變寬，以致在原來的譜線寬度范圍內，只可能存在一個共振頻率，如仍以氦氖激光器為例，當腔長 時，共振頻率間隔為

而譜線寬度仍為 ，所以腔內能夠滿足共振條件的頻率數目只有一個，也就是說，只有一個單一的頻率輸出，當然，這里所說的單一的頻率，並不意味著在頻率坐標軸上只有一條幾何線，這里仍舊有一定的頻率分布，只是這一個頻率分布十分狹窄，目前激光的頻率寬度，可由1到 。
縮短腔長，顯然會降低激光輸出的功率，並會使激光輸出頻率不穩定，因此，要得到穩定的單模輸出，可以採用其它方法，選取單模，採用法布里-珀羅標准具就是一種常用的選取單模的方法。

(圖9－24)
圖9-24表示在激光器的腔內插入一塊法布里-珀羅標准具，雖然它的兩面鍍有高反射膜，但由於多光束干涉的結果，它對滿足下述頻率條件的光有極高的透射率（接近100%），這個條件是

式中 是真空中的光速， 是標准具材料的折射率， 是標准具厚度， 是平板中的折射角 是正整數，如取h<<d（ 為諧振腔腔長），且適當調整 角，則有
(圖9－25)
圖9-25所示結果，圖9-25（ ）表示激光器不選模時有五個縱模；（ ）表示法布里-珀羅標准具的透射曲線，在 處有高透射率，而 與 及 與 的間距遠大於激光器的縱模的間隔，所以激光腔的五個縱模只有一個縱模能通過法布里-珀羅標准具，因而可以形成振盪而輸出激光，標准具對 的透過率很低，相當於損耗很大，不能形成振盪，也就沒有這些頻率的輸出，因此，最後從激光器輸出的頻率只有一種縱模[圖9-25（ ）]。
這種方法需要在腔內插入元件，從而增加了腔內的損耗，所以對增益小的激光器不宜採用。