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为什么激光能切割东西,而灯光不能?答案你不会想到

原始天文学在线昨天我想分享

从牙医的办公室到科幻电影,激光随处可见。但它们如何运作?为什么激光与普通手电筒不同?

激光是如何工作的?

激光有许多日常用途,从牙科和纹身去除到印刷和CD播放器。它们经常出现在科幻电影中,就像星球大战中着名的光剑一样。

然而,激光不是普通的光。它们是单色和连续的,这些特殊属性使我们能够以传统手电筒或灯泡无法实现的独特方式使用它们。

什么是激光?他们是如何工作的?让我们看看激光如何帮助我们纠正我们的视力,以及为什么我宁愿用光剑而不是手电筒来对抗。

原子结构

要了解激光是如何工作的,我们首先需要看一下原子。我们每天与之互动的一切 - 你坐的椅子,你呼吸的空气,甚至我们的身体 - 都是由称为原子的微小颗粒组成。正如我们从元素周期表中所知,只有大约100个不同的原子。不同的材料由这些元素的不同组合组成。

每个原子包含一个原子核(由质子和中子组成)和在原子核周围移动的电子。原子具有最小能量状态,即不需要任何额外能量来维持的状态,即基态,其中电子轨道最靠近原子核。这些电子也可以碰撞或刺激跳跃到更高能级轨道,这意味着原子处于“激发”能态,即激发态。

由于量子力学的使用,我们现在知道原子的这种观点有些简化,并且电子实际上不可能在离散的,明确定义的轨道上行进。然而,这样的想法仍然是一个有用的描述,将用于像电子这样的粒子物理学与我们每天经历的物理定律相关。为了将电子激发到更高的能量状态,所需要的只是能量,通常是光或热的形式。

当所有电子再次决定放松时,当原子以光子或光波的形式释放能量时,它们可以返回到低能量状态。电子的起始和终止轨道之间的能量差决定了发射光子的能量,而光子又决定了发射光的波长或颜色。

什么是激光,它是如何工作的?

您可能还记得,语法中的“激光”这个词实际上是一个缩写。它代表通过刺激辐射来放大光线(英文读),这是非常饶舌吗?

所有这些中的关键词都是“刺激的”。这是激光和普通光的形式之间的差异。例如,当您打开普通手电筒时,灯光将从各个方向射出并随机点亮,产生漫射(或展开)且相对较弱的光线。

另一方面,激光是“相干的”,意味着所有光子均匀地并且在一个方向上射出,并且这种有序射击产生更窄,更强的光束。那么你如何让光子遵循这样严格的行动命令呢?

让我们回到原子的描述。当电子从激发能态移动到低能态时,释放具有特定能量的光子,并且光子的能量等于两个能级之间的能量差(即,能级之间的能量差。基态和原子的激发态)。

如果释放的光子遇到处于相同激发态的另一个电子,它可以通过发射具有相同能量(颜色)和相位(相对位置)的光子来触发第二能级的电子也跳回到基态。如果足够的电子处于激发态,则第一光子的发射可以从受激发射的链式反应开始。当电子向下移动到其较低的能量状态时,会发射更多的光子,而那些新发射的光子又会激发更多的光子发射。所有这些发射的光具有相同的能量并因此具有相同的波长,并且单一波长或颜色的光被称为单色。

这种连锁反应实际上就是激光的工作原理。原子被“泵浦”或大量电子通常被迫进入高于基态的2-3级,这是通过强大的闪光或电脉冲来实现的。一旦发射出第一个光子,激光器就会有两个额外的反射镜,它们在激光介质上来回反射激光(即带有所有激发电子的原子)。具有正确能量的发射光子由泵浦原子返回,这反过来又刺激更多光子的发射。

这只是一个光子派对!

激光的聚焦特性使其成为切割精度和锐利线条的理想工具。这个要求通常在处理人体时起作用,无论是切割角膜以获得更好的视力,重塑牙齿还是消除纹身。

然而,我在激光器中看到的最酷的用途之一是天文学。当天文学家通过望远镜观测到诸如恒星之类的遥远物体时,我们观察到的光在穿过地球的湍流和凌乱的大气层时会发生变形。有时难以破译图像中是否存在星形失真,或者它是否只是应该减去的观看效果。

插图:这张照片中的蓝色星星是所谓的蓝色星星,它们是Herto上出现的左上角。

解决这个问题的一种方法是自适应光学:天文学家观察一个非常明亮的物体(通常是附近的恒星),同时观察他们感兴趣的物体,因为他们已经知道比较对象所期望的。图像,所以他们看看他们实际观察到的图像,然后模拟大气层正在做什么。然后使用大气模型实时调整望远镜的光学系统,以便在观察目标时平衡大气的影响。

然而,并不总是有一个好的,明亮的比较对象接近你想要观察的东西。当这种情况发生时,天文学家可以通过向天空射击激光来制造自己的恒星!这些人(或女人)制造的星星被称为激光导向器,可以在任何需要的地方使用。

这一集的灵感来自皮尤研究中心网站上一项有趣的科学和技术测试。排除性别和年龄组,您可以看到您的结果与其他测试人员的直接比较结果。关于激光的第二个问题是最有可能被错误回答的问题!你必须对这个问题感到好奇,所以最经常回答的问题是哪种气体构成地球大部分的大气层。大多数人认为它是氧气,但它实际上是氮气。

参考

1.WJ百科全书

2.天文名词

萨布丽娜斯蒂尔沃尔特 - 快速和肮脏的季节下降

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从牙医的办公室到科幻电影,激光随处可见。但它们是如何工作的呢?为什么激光和普通手电筒不同?

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激光是如何工作的?

激光有许多日常用途,从牙科和纹身消除到印刷和CD播放器(专注于检查)。它们也经常出现在科幻电影中,就像星球大战中着名的光剑一样。

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然而,激光并不是普通的光。它们都是单色的,而且是连续的,这些特殊的特性使我们能够以一种独特的方式使用它们,这对于传统的手电筒或灯泡来说是不可能的。

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那么激光到底是什么?它们是如何工作的?让我们看看激光是如何帮助我们矫正视力的,为什么我宁愿用光剑而不是手电筒来战斗。

原子结构

为了理解激光是如何工作的,我们必须首先看原子。我们每天与之互动的一切你坐的椅子,你呼吸的空气,甚至我们的身体都是由称为原子的小颗粒组成的。如我们所知元素周期表所示,只有大约100个不同的原子。不同的材料由这些元素的不同组合组成。

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每个原子包含一个原子核(由质子和中子组成)和围绕原子核运动的电子。一个原子有一个最低能量的状态,一个不需要任何额外能量来维持的状态,基态,电子轨道离原子核最近。这些电子也可以被碰撞或刺激,跳到更高的能级轨道,认为原子现在处于“激发”能量状态,即激发态。

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由于量子力学的应用,我们现在知道原子的这一观点有些简化,电子几乎不可能在离散的、定义明确的轨道上运动。然而,这样的想法仍然是一个有用的描述,将用于粒子物理学,如电子,与我们每天经历的物理定律相关。为了将电子激发到更高的能量状态,所需要的只是能量,通常以光或热的形式存在。

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当所有电子决定再次放松时,当原子以光子或光波的形式释放能量时,它们可以回到低能状态。电子的开始轨道和结束轨道之间的能量差决定了发射光子的能量,进而决定了发射光的波长或颜色。

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什么是激光,它是如何工作的?

你可能记得语法中的“laser”这个词实际上是一个缩写。它通过刺激辐射来表示光的放大(用英语读),这就是说唱吗?

所有这些关键词都是“受激的”,这是激光和普通光的区别。例如,当你打开一个普通的手电筒时,光线会从各个方向射出,在随机的时间照亮,产生漫反射(或展开)且相对较弱的光线。

另一方面,激光是“相干”的,这意味着所有的光子都以一个方向均匀地离开,这个有序的射程产生一个更窄、更强烈的光束。那么,你如何让光子遵循如此严格的动作指令呢?

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让我们回到原子的描述上来。当电子从激发能态移动到低能态时,释放出具有特定能量的光子,光子的能量等于两个能级之间的能量差(即基态和激发态之间的能级差)。原子)。

如果释放的光子遇到处于相同激发态的另一个电子,它可以通过发射具有相同能量(颜色)和相位(相对位置)的光子来触发第二能级的电子也跳回到基态。如果足够的电子处于激发态,则第一光子的发射可以从受激发射的链式反应开始。当电子向下移动到其较低的能量状态时,会发射更多的光子,而那些新发射的光子又会激发更多的光子发射。所有这些发射的光具有相同的能量并因此具有相同的波长,并且单一波长或颜色的光被称为单色。

这种连锁反应实际上就是激光的工作原理。原子被“泵浦”或大量电子通常被迫进入高于基态的2-3级,这是通过强大的闪光或电脉冲来实现的。一旦发射出第一个光子,激光器就会有两个额外的反射镜,它们在激光介质上来回反射激光(即带有所有激发电子的原子)。具有正确能量的发射光子由泵浦原子返回,这反过来又刺激更多光子的发射。

这只是一个光子派对!

激光的聚焦特性使其成为切割精度和锐利线条的理想工具。这个要求通常在处理人体时起作用,无论是切割角膜以获得更好的视力,重塑牙齿还是消除纹身。

然而,我在激光器中看到的最酷的用途之一是天文学。当天文学家通过望远镜观测到诸如恒星之类的遥远物体时,我们观察到的光在穿过地球的湍流和凌乱的大气层时会发生变形。有时难以破译图像中是否存在星形失真,或者它是否只是应该减去的观看效果。

插图:这张照片中的蓝色星星是所谓的蓝色星星,它们是Herto上出现的左上角。

解决这个问题的一种方法是自适应光学:天文学家观察一个非常明亮的物体(通常是附近的恒星),同时观察他们感兴趣的物体,因为他们已经知道比较对象所期望的。图像,所以他们看看他们实际观察到的图像,然后模拟大气层正在做什么。然后使用大气模型实时调整望远镜的光学系统,以便在观察目标时平衡大气的影响。

然而,并不总是有一个好的,明亮的比较对象接近你想要观察的东西。当这种情况发生时,天文学家可以通过向天空射击激光来制造自己的恒星!这些人(或女人)制造的星星被称为激光导向器,可以在任何需要的地方使用。

这一集的灵感来自皮尤研究中心网站上一项有趣的科学和技术测试。排除性别和年龄组,您可以看到您的结果与其他测试人员的直接比较结果。关于激光的第二个问题是最有可能被错误回答的问题!你必须对这个问题感到好奇,所以最经常回答的问题是哪种气体构成地球大部分的大气层。大多数人认为它是氧气,但它实际上是氮气。

参考

1.WJ百科全书

2.天文名词

萨布丽娜斯蒂尔沃尔特 - 快速和肮脏的季节下降

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