激光单色性

A. 激光单色性

激光切割用的是二氧化碳激光器吧，都是红外的，看不到，你看到的白色可能是切割时，被切割物体过热打出来的

B. 为使氦氖激光器的相干长度达到1km，它的单色性是多少

^单色性能参数R定义为R=△ν/ν0=△λ/λ0 利用△ν版=tc tc=Lc/c ν0=λ权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. 衡量单色性优劣的标准是什么

从电磁波谱中，我们可以看到，对应一种颜色就有一种波长。“雨后复斜阳，彩虹架长空”，这是我们常见的自然现象，因为太阳光包含着所有可见光的波长，也就是包含着世界上所有的各种颜色，结果却成了白色。所以，“白”光是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫各种颜色光的混合。一种光所包含的波长范围越小，它的颜色就越纯，看起来就越鲜艳，通常我们把这种现象称之为单色性高。一般把波长范围小于几埃（1埃=1亿分之一厘米）的一段辐射称为单色光，发射单色光的光源称为单色光源。和激光束的发散角是衡量光束方向性好坏的标志一样，谱线宽度则是衡量单色性优劣的标准。

人们在长期生产和科学实验中，已经创造出很多单色光源，如各种霓虹灯、水银灯、钠光灯等。以往最好的单色光源是同位素氪灯86，它在低温下发出的光波长范围只有约0.005埃，室温下的谱线宽度为0.0095埃，因此它的颜色很鲜艳。激光的出现，在光的单色性上引起了一次大的飞跃。如单色性好的氦氖激光，它的波长范围比千万分之一埃还要小，最小的已经达到一千亿分之几埃，它的单色性比普通光真不知要好多少亿倍。因此，激光是颜色最纯、色彩最鲜的光。

激光这种高单色性有什么意义呢？大家知道，在日常生活和工作中，测量长度是十分重要的。如果测量的精密度要求很高，靠米尺、游标卡尺、千分尺等都不行，那人们就得用光波的波长作单位来测量长度。因为光波波长很短，精密测量就很准确。这种“光尺”能够准确地测量最大长度取决于光的单色性。单色性越好，准确测量的最大长度就越大。过去用最好的单色光源氪灯进行测量，只能测得38.5厘米的最大长度，而现在用氦氖激光器可以测得几十公里长，误差却很小很小。在激光单色性基础上发展起来的“拍频技术”，可以用来极精密地测定各种移动、转动和振动速度，每秒移动几个微米或每秒转动十分之一度的速度都可以测出来。同无线电技术相类似，在光通信中采用光外差探测时，其波长或频率范围越小，就越可以提高接收机的信噪比（信号和噪音的比值，越大越好）和灵敏度。单色性对在背景光干扰下进行特征识别也非常有利。此外，人们正在用红、绿、蓝三种激光作为基色来合成各种十分鲜艳、逼真的色彩，应用于彩色电视技术中制作激光大屏幕投影电视。

D. 激光和单色光有什么区别吗

激光其实是一种技术，或者说是产生光的具体原理。英文原名是laser
是light amplification of stimulated emission of radiation的缩写。
1916年，爱因斯坦在研究光辐射与原子间的相互作用时指出，原子除了吸收光辐射和自发辐射之外，还会有受激辐射。他认为，当原子中的电子处于一个高能级时，若外来的光子的频率正好满足高低能级之间的差值，则原子中处在高能级的电子会在外来光子的诱发下向低能级跃迁，并发出与外来光子一样特征的光子。这就是受激辐射。手机宿舍与外来光子具有相同的频率、相位、偏振方向。在受激辐射中通过两个特征完全相同的光子，再引起其他原子的产生受激辐射，就能得到更多的特称完全相同的光子。这个现象成为光放大。所以，由于受激辐射得到的放大了的光是相干光，称之为激光。
所以说，激光在理论上，是一种光的产生机理，同我们所用的日光灯、白炽灯等等普通光源的“自发辐射”产生光，同属于光产生机理。由上面的介绍可以看出，激光在理论上产生的光子总是具有完全相同的频率，所以，由同一种光子激发的激光必定是一种单色光。
单色光是就其特称而言的，我们平时看到的“单色光”其实细究起来都不是真正意义上的单色，只有激光是完全的单色。所以说，单色是激光的一种性质，一种特征

E. 激光的单色性和相干性有什么区别

你好！
单色一定是相干的，相干不一定单色
如有疑问，请追问。

F. 为使激光器的相干长度达到1km，它的单色性应是多少

激光的单色性=光速/相干长度=（3*10^8m/s）/1000m=3*10^5Hz=300KHz

相干长度定义式为Δc=λ^2/Δλ0=c/Δν，是指具有一定谱宽的光源能够发生干涉的最大光程差，其中Δλ0是光源的光谱宽度，也就是光源I-λ图中光强下降到最大值的一半时对应的波长范围，Δν为频率宽度线宽，Δν=Δλ*c/λ^2，其中Δλ为线宽。相干长度越大，相干时间越长，那么光源的时间相干性越好。

G. 激光的主要特点 激光的单色性、方向性、相干性分别是指什么

激光的高亮度：固体激光器的亮度更可高达1011W／cm2Sr.不仅如此,具有高亮度的激回光束经透镜聚焦后答,能在焦点附近产生数千度乃至上万度的高温,这就使其可能可加工几乎所有的材料.
激光的高方向性：激光的高方向性使其能在有效地传递较长的距离的同时,还能保证聚焦得到极高的功率密度,这两点都是激光加工的重要条件
激光的高单色性：由于激光的单色性极高,从而保证了光束能精确地聚焦到焦点上,得到很高的功率密度.
激光的高相干性：相干性主要描述光波各个部分的相位关系.正是激光具有如上所述的奇异特性因此在工业加工中得到了广泛地应用.

H. 激光的概念 激光的高能量 粒子性 单色性 方向性分别是什么

用电学、光学及其它方法对工作物质进行激励,使其中一部分粒子激发到能量较高的而又能维持时间较长的所谓亚稳态上去,当这种状态的粒子数量大于能量较低状态的粒子数时,叫做粒子数的反转.由于场效应的作用,处于高能态的粒子受到感应而跃迁到低能态,同时发生光的辐射,这种辐射称为受激辐射.这种辐射又感应其他高能态的粒子发生同样的辐射.受激辐射的特点是辐射光和感应它的光子同方向、同位相、同频率并且同偏振面.若把激光的工作物质置于谐振腔内,则光辐射在谐振腔内沿轴线方向往复反射传播,多次通过工作物质,使工作物质中处于反转态的粒子不断受到感应而发光,一个粒子的辐射感应一大片造成雪崩似的放大效果,而形成一束强度很大、方向集中的光束,这种光束称之为激光.激光的特点是：具有很好的单色性、方向性和相干性,并且亮度极高.（1）单色性——如氦氖激光器发射出频率为4.74×1014赫兹的红色激光,它的频带宽仅是9×10-2赫兹.（2）方向性——激光光源的光束延伸几公里后扩展范围的线度不到几厘米,而探照灯延伸几公里后的扩展范围的线度有几十米.（3）相干性——受激辐射满足干涉条件,因而激光具有很好的相干性.（4）高亮度——由于激光能把巨大的能量高度集中地辐射出来.如果把强大的激光束会聚起来照射到物体上,可以使物体的被照部分在不到千分之一秒时间内产生几千万度的高温.自从激光问世以来,不但使古老的光学又变得生气勃勃,并促使许多科学技术领域发生了巨大的变化,诸如激光手术刀,激光切割,直至激光武器等等.

I. 为什么激光的单色性好

光的颜色由光的波长（或频率）决定。激光器输出的光，波长分布范围非常窄，因此颜色极纯。以输出红光的氦氖激光器为例，其光的波长分布范围可以窄到2×10^-9纳米，是氪灯发射的红光波长分布范围的万分之二。激光的单色性远远超过任何一种单色光源。

J. 不同激光光源的单色性对比

9-5 激光的单色性
上述光学谐振腔的稳定结构以及它在受激辐射过程中所起的作用，仅仅是从几何光学的角度来谈的即凡满足（9-25）式条件的谐振腔，可以使腔内的光线在轴线方向不断得到放大和振荡，如果从物理光学的角度来观察光波在腔内多次来回的反射所形成的，的各级反射波，可以看到这些反射波必然会产生干涉，而干涉的结果，会提高最后发射的激光的单色性。
一、谱线宽度
我们知道，原子发光是间隙的，这一次发光和下一次发光之间没有任何联系，由傅里叶变换可知，原子发光的寿命（即持续发光时间） 和所发光的频率宽度 是成反比的，发光时间愈长，则频率宽度愈窄，频率宽度愈窄，光波的单色性就愈好
(图9－19)
（图9-19），现将此关系推导如下：
高原子发光时间为 ，发光的频率宽度为 ， 为该频宽的中心频率，根据第一章附录1-1振动叠加的三种计算方法，光振动可以写成

中所含频率为 的简谐振动的振幅可以根据傅里叶变换算出，为

对于函数 来说，第一个零点位于 处，在 或 时， 的值很小，可以略去（图9-19），故频谱可认为限于 内，即频宽 满足下列关系
（9-26）
从（9-26）式可以看到，只有发光时间 的光波，它的 ，才是真正单色而无频宽的光，既然发光时间 是不可能的，因此 的光也是不存在的，任何光源，它的发光时间 总有一定大小，它的频率也就有一定大小的频宽 ，根据关系式 ，也就有一定大小的谱线宽度 ，这样形成的谱线宽度叫做自然线度。
谱线宽度（或频率宽度）的成因是很多的，除了上面说的发光原子有一定大小的发光时间所引起的自然线宽外，另外一个主要原因是分子、原子热运动所引起的多普勒效应，进站火车鸣叫声的频率比火车鸣叫声的频率高，这种日常生活中的声学多普勒效应是为大家熟知的，如果发光原子面向光接收器运动，则接收到的波长变短，反之，如发光原子离开光接收器运动，则接收到的波长加长。
(图9－20)
在图9-20中，光源以速度 接近光接收器运动，设静止光源所发的光波在一周期时间 内，向前传播一个 的距离，当光源以速度 接近接收器时，在 时间内，光源在光波传播方向上走了一段距离 ，光波向前传播的实际距离仅为 — ，这就是说，光接收器接收到的光波波长变为 ，而

这时光波的频率 为
（9-27）
因为 ，利用级数展开，（9-27）式可写成
（略去高次项）
当 ，即光源接近光接收器运动时， 当 ，即光源离开光接收器运动时， 。
在气体放电中，发光原子总在做无规则热运动，原子运动速度的大小，可以在由零到某个一定数值之间变化，运动方向相对光接收器来说也是有正有负，于是就会在发光中心频率 值附近，引起一个变化值，也就是说引起了谱线在一定范围内的增宽，这个宽度叫做多普勒宽度。
由此可见，当原子由高能态 向低能态 跃迁时，发出的光辐射 乍看起来似乎是单一频率的，其实由于上述原因，光谱线总有一定的宽度 ，而 是指中心频率，以氖的 红线来说，实际的中心频率是 ，其频率宽度 为 ，用图来表示它是以 为中心具有频率展宽的连续分布，

（图9－21）
图9-21即为氖 红线线宽的示意图，在 范围内的频率都是氖所发射的光谱线的频率，因此，一般光源所发的光，绝不是单色的，而是有无数个连续分布着的频率，谱线宽度 定义为光谱线最大强度的一半所对应的两个频率之差 。
二、谐振腔的共振频率
假设有一个单一频率的平面波沿谐振腔的轴线来回反射，经过镜面多次反射后的光波之间，就会产生多光束干涉，干涉的结果，其合成振幅是加强，还是减弱，这就要看干涉条件来决定，设谐振腔长度为 ，光波波长为 ，若每束光在腔内沿轴线来回反射一次的位相差 为整数），则根据多光束干涉条件（1-28）式，可知强度为极大值，此时，光在腔内来回一次的路程 应是波长 的整数倍，即
为整数 （9-28）
若用 代替 ，（9-28）式可写为
（9-29）
可以看出，当腔长与光波频率满足（9-29）式时，多光束干涉的结果得到极大值，我们称这种情况为共振。符合共振条件的光波频率得到极大值，我们称这种情况为共振，符合共振条件的光波频率称为共振频率。在谐振腔内，只有符合共振条件的那些光波才能存在，其它波长的光波，因不符合共振条件而干涉相消，不能在谐振腔内存在，当然，对同一谐振腔来说，可同时存在的共振频率不止一个，
(图9－22)
图9-22表示两种频率的光波在谐振腔内同时产生共振的情况，一种波长较短，它的半波长的八倍等于腔长，另一种波长较长，它的半波长的四倍 等于腔长。
一般来说，谐振腔的腔长要长光波大许多倍，于是满足共振条件（9-28）式或（9-29）式的光波频率有许多个，我们可以根据谐振的频率公式，计算出相邻两个共振频率的差值 ，根据

可得
（9-30）
如用 表示两个相邻共振波长之差，则
（9-31）
例如，长为 的氖放电管，发射光波波长为 ，则相邻两共振频率之差

相邻两共振波长之差

从（9-30）式或（9-31）式可以看到，谐振腔越长，相邻两个共振频率的间隔 就越小，腔内能够满足共振条件的频率数目就越多，从谐振腔发射出去的光波中所包含的频率数目也就越多。
三、 光的单色性
如上所述，气体放电管发射的光波，由于多种原因而存在一个谱线宽度，就是说，发射的光波不是单色的，而是有一定的频率范围，右这频率范围内的所有频率，都可以在放电管所发射的光波中找到，但是，如果的把放电管放在光学谐振腔内，由于谐振腔的干涉作用，在发射出来的光波中，频率数目就不是原来那样多了，只有那些满足谐振腔共振条件而又落在工作物质的谱线宽度内的频率才能形成激光输出，，不满足共振条件的频率，都在谐振腔内干涉相消了，例如，氖放电管所发射的光波有如图9-21的形状，它的中心频率为 ，频率宽度 ，而谐振腔相邻两共振频率之差 为 ，则对氦氖激光器来说，从谐振腔发射出来的光波频率数目，可由 和 ，这两个数值的比值来决定：

所以，氦氖放电管通过谐振腔后射出的光波，只存在10个不同的频率，这里，可以初步看到光学谐振腔对激光单色性所起的作用。

(图9－23)
在图9-23中，纵坐标表示光强，横坐标表示频率，曲线代表放电管所发光波的频率轮廓，这也就是图9-21所示的曲线，直线的横坐标代表谐振腔的共振频率，也就是从谐振腔中射出的光波频率，这些共振频率也有一个频率宽度，因为谐振腔内产生多光束干涉时，在干涉相长时光强为极大，相消时光强为极小，从光强极大到极小，总有一个逐渐变化过程就是图9-23中曲线所表示的，叫做共振轮廓。
可见，一般所体放电管发出来的光波，它的频率宽度比较大，经过谐振腔选择后，发射出来的光波的频率宽度就比较窄了，何况谐振腔内总存在工作物质，它对出射光波的频率宽度也起着限制的作用，所以，激光的单色性比较好，激光的单色性定义为 或 ，其中 、 为激光谱线的中疏频率和中心波长， 和 为相应的频率宽度和谱线宽度。
四、选模
在激光器的输出光束中，如果只存在一个共振频率，则称为一个纵向模式，或称为纵向单模，在激光技术中，如同时存在几个共振频率，则称为纵向多模，如果我们希望从激光器出来的激光，只有一个频率，则可以缩短谐振腔的长度，使得共振频率的间隔变宽，以致在原来的谱线宽度范围内，只可能存在一个共振频率，如仍以氦氖激光器为例，当腔长 时，共振频率间隔为

而谱线宽度仍为 ，所以腔内能够满足共振条件的频率数目只有一个，也就是说，只有一个单一的频率输出，当然，这里所说的单一的频率，并不意味着在频率坐标轴上只有一条几何线，这里仍旧有一定的频率分布，只是这一个频率分布十分狭窄，目前激光的频率宽度，可由1到 。
缩短腔长，显然会降低激光输出的功率，并会使激光输出频率不稳定，因此，要得到稳定的单模输出，可以采用其它方法，选取单模，采用法布里-珀罗标准具就是一种常用的选取单模的方法。

(图9－24)
图9-24表示在激光器的腔内插入一块法布里-珀罗标准具，虽然它的两面镀有高反射膜，但由于多光束干涉的结果，它对满足下述频率条件的光有极高的透射率（接近100%），这个条件是

式中 是真空中的光速， 是标准具材料的折射率， 是标准具厚度， 是平板中的折射角 是正整数，如取h<<d（ 为谐振腔腔长），且适当调整 角，则有
(图9－25)
图9-25所示结果，图9-25（ ）表示激光器不选模时有五个纵模；（ ）表示法布里-珀罗标准具的透射曲线，在 处有高透射率，而 与 及 与 的间距远大于激光器的纵模的间隔，所以激光腔的五个纵模只有一个纵模能通过法布里-珀罗标准具，因而可以形成振荡而输出激光，标准具对 的透过率很低，相当于损耗很大，不能形成振荡，也就没有这些频率的输出，因此，最后从激光器输出的频率只有一种纵模[图9-25（ ）]。
这种方法需要在腔内插入元件，从而增加了腔内的损耗，所以对增益小的激光器不宜采用。