Transcript 雷射(張洵愷老師)
雷射 LASER 英文全名Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，縮寫為LASER。 雷射是用量子力學知識得到的重大發明之ㄧ。 • 當物體大小縮至奈米的尺寸時，因其僅由數個或 數十個原子組成，其性質和一般由許多原子組成 的物體會有顯著的不同。 • 這些光學性質、電性、磁性等物理性質的不同， 產生一些奇異的現象無法用傳統物理學解釋，必 須用量子物理來解釋，故稱這些異常現象為量子 效應。 雷射的發現 1958年，美國科學家肖洛Schawlow和湯斯 Townes發現了一種神奇的現象： 將氖光燈泡所發射的光照在一種稀土晶體上時， 晶體分子會發出鮮艷的、始終會聚在一起的強光。 根據這現象，他們提出了"雷射原理"，即物質在 受到與其分子原生振蕩頻率相同的能量激勵時， 都會產生這種不發散的強光--雷射。 1960年，由美國人的梅曼成功利用紅寶石製 成紅光雷射。 1960年5月16日，美國加利福尼亞州休斯實驗室 的科學家梅曼宣布獲得了波長為0.6943微米的雷 射，這是人類有史以來獲得的第一束雷射，梅曼 因而也成為世界上第一個將雷射引入實用領域的 科學家。 1960年7月7日，梅曼宣布世 界上第一台雷射器誕生，是 利用一個高強閃光燈管，來 刺激紅寶石。 由於紅寶石其實在物理上只是一種摻有鉻原子的剛玉， 所以當紅寶石受到刺激時，就會發出一種紅光。 在一塊表面鍍上反光鏡的紅寶石的表面鑽一個孔，使紅 光可以從這個孔溢位，從而產生一條相當集中的纖細紅 色光柱，當它射向某一點時，可使其達到比太陽表面還 高的溫度。 美軍使用雷射器的實驗 不同的雷射介質 會產生不同的雷射光 根據產生雷射的媒質，可以把雷射器分為 液體雷射器、氣體雷射器、固體雷射器、化學雷 射等。 而現在最常見的半導體雷射器算是固體雷射器的 一種。 氣體雷射器 氦氖雷射器：最重要的紅光放射源（632.8 nm ）。 二氧化碳雷射器：波長約10.6 μm （紅外線），重 要的工業雷射，作為切割之用。 準分子雷射器：比如，KrF (248 nm), XeF (351353 nm), ArF (193 nm), … (均為紫外線)。可用 於醫學切割開刀治療。 化學雷射 化學激發雷射器是一種特殊的形式。激發透過媒 介中的化學反應來進行。媒介是一次性的，使用 後就被消耗掉了。對於高功率的條件及軍事領域 是非常理想的。 鹽酸雷射器 碘雷射器 雷射的特性 單色光。具有單一波長.單一頻率，通過三稜鏡後， 不會產生色散現象。用於顯微鏡的光源提供可避 免繞涉現象，而能獲得良好的解析度。 低發散性。1969年，美國在登陸月球時裝置反射 鏡，藉此反射雷射光測得地球與月球的距離 高強度。雷射光是單一波長且平行的光，故能聚 焦於一小點，並產生高熱。可用於醫學或工業上 的切割。 雷射的特性 同調光源。雷射光如同軍隊踢正步走，不但步伐 一樣(波長相同) ，方向一致(低發散性) ，且每一 步落地時間都相同(高同調性) 。這種整齊步伐易 造成干涉現象。 藉由雷射的干涉效應可用於紀錄存取。 雷射用途 醫療上用途：用來除斑、開刀、止血、治療網膜 剝離、近視等。 在醫學上，可當作手術刀使用，不但精密，而且 由於切口的燒烙作用，幾乎不會出血。 如：雷射近視手術或利用光纖導引到體內做內視 鏡手術可將病變組織燒除、汽化。同理可以除疤、 除胎記、除紋身等。 雷射用途 生活上用途：雷射唱片、V-CD、D-VD等。 利用雷射光掃描包裝盒上的條碼。 利用雷射光聚焦在光碟片 上打洞，將數位資料存入 光碟，也可從光碟中讀取 數位資料。(圖中小洞大 約微米尺寸) 雷射用途 工業上用途：測量距離、鑽孔、切割、焊接等。 雷射在軍事上的應用： 雷射導引精靈炸彈利用紅外線雷射光的導引，能自動 調整飛行方向朝向目標，進行精確的轟炸任 務。 其它用途：遊戲玩具、教學指示筆等 BD & HD-DVD 藍光光碟（英語：Blu-ray Disc，英文簡稱BD）， 是DVD之後的下一代光碟格式之一，用以儲存高 品質的影音以及高容量的資料儲存。 高解析光碟（HD-DVD），因為使用藍光雷射故 亦稱為藍光光碟。 藍光是光碟片和光碟機的一種規格．所有的光碟 片都是一樣的外觀，直徑 12 公分，厚度 1.2 mm．但是裏頭的資料卻不同．如果資料的洞越 小，就可以存越多東西，但是你必須用波長較短 的光才能讀取．CD 用的是780奈米遠紅外長； DVD 用的是650奈米紅光；藍光用的就是405奈 米藍色雷射光束． 隨堂考 1.雷射是近代物理中的哪門學問的重大發明? 2.人類的第一束雷射光是何種雷射? 3.列舉出任二種雷射的用途? 4.請列出一種氣體雷射? 5.化學雷射器的介質可重複使用對嗎? 6.7.8.9.請寫出雷射的四種特性? 10.藍光DVD所使用的藍光雷射讀寫波長為多少奈 米? ANS 1.量子力學 2.紅寶石雷射 3.醫療.生活.工業.軍事.其他… 4.氦氖雷射.二氧化碳雷射.準分子雷射器 5.否 6.7.8.9.單色光.低發散性.高強度.同調光源 10. 405奈米