光是被我們熟知的，自然界的光為人們帶來黑白晝夜，人們利用光從事各種實(shí)踐活動(dòng)，迄今又有很大發(fā)展，它不僅應(yīng)用于生活，而且還用于生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)等各個(gè)方面。 ==]Z \jk
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一、激光的本質(zhì) XnBm`vk?V!
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人類對(duì)光的認(rèn)識(shí)，經(jīng)歷了一個(gè)曲折的認(rèn)識(shí)過程。英國(guó)物理學(xué)家牛頓，在德國(guó)天文學(xué)家開普勒等人的理論基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了光是從源中發(fā)出的微粒，構(gòu)成一種特殊的物質(zhì)，光的顏色是由微粒的大小而定的。但在同一世紀(jì)中，荷蘭物理學(xué)家惠更斯，提出了與牛頓微粒理論截然不同的理論，既光的波動(dòng)理論。他認(rèn)為光是一種波，而不是什么微粒，還認(rèn)為光在水、空氣等物體里有一種特殊的物質(zhì)“以太”。 $brKl 8P
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由于牛頓的微粒說和惠更斯的波動(dòng)說都可闡明一定的現(xiàn)象。所以在當(dāng)時(shí)的科學(xué)技術(shù)水平中不能定出哪一個(gè)學(xué)說的理論更加優(yōu)越。因當(dāng)時(shí)牛頓在科學(xué)界的貢獻(xiàn)大而其威信極高，光的微粒學(xué)說占了上風(fēng)。致惠更斯的波動(dòng)學(xué)說的觀點(diǎn)被忽視，甚至被遺忘了近百年之久。 f %2%T'Q
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一世紀(jì)以后，有人使用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，測(cè)出了可見光的相應(yīng)波長(zhǎng)。于是光的波動(dòng)學(xué)說戰(zhàn)勝了光的微粒學(xué)說而居于主導(dǎo)地位。到了十九世紀(jì)中期，電磁理論得到大力發(fā)展，英國(guó)的物理學(xué)家麥克期韋當(dāng)時(shí)根據(jù)電磁理論，推斷光也是一種電磁波。并推算出電磁波的傳播速度為每秒30萬公里，而且使推斷得以證實(shí)。后來，德國(guó)一位名叫普朗克的人在做了大量的實(shí)驗(yàn)后又提出了電磁波這種形式的能量輻射。從而使人們認(rèn)識(shí)到電磁波是某種粒子，既光量子。為了強(qiáng)調(diào)光的粒子屬性，光量子被稱之為“光子”。光子的質(zhì)量在運(yùn)動(dòng)中顯示出來。 S?*^>Y-e;
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光的基本特性，從光的量子理論可以得知，輻射的頻率為光子的能量。從波動(dòng)理論可以了解到。不同的振動(dòng)波，其頻率r是不一樣的。量子理論又說明，在其間存在著E＝hr關(guān)系。表明了光具有波動(dòng)性和微粒性兩重屬性。這就使人們對(duì)光的波動(dòng)性和微粒性兩個(gè)矛盾，得以辨證統(tǒng)一起來，并用以敘述光的本質(zhì)。但是，人類對(duì)光的本質(zhì)認(rèn)識(shí)將進(jìn)一步得以深化。 |/@0~O(6
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二、什么是激光 C@%iQ ]=
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激光簡(jiǎn)稱萊塞laser.即Light Amplification by Stimulation Emission of Radiation各字頭的縮寫，中文意思是受激輻射光放大。在本世紀(jì)60年代中發(fā)展最活躍的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域之一。激光是一種特殊的光源。正如我們了解到的陽(yáng)光、燈光等，都是向四面八方輻射的，沒有一個(gè)確定的方向傳播。但激光具有高亮度、單色性、方向性及相干性好等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)技術(shù)、國(guó)防等。但在醫(yī)療方面的應(yīng)用更廣闊。為了能很好的了解激光，就必須了解物質(zhì)的分子、原子結(jié)構(gòu)。 AK6=Ydu
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三、原子結(jié)構(gòu)與光譜 }dy9I H
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1．原子結(jié)構(gòu) 一切物質(zhì)中我們都知道，分子是由原子組成的，而原子又是由原子核和電子構(gòu)成。原子核帶正電荷，電子帶負(fù)電荷。原子核中所帶的正電荷與核外電子帶的負(fù)電荷在數(shù)值正相等，其代數(shù)和是零，使整體的原子呈中性。原子核是原子的核心，它的密度很大，不計(jì)核外電子質(zhì)量，那么原子的質(zhì)量就可以由核的質(zhì)量來決定。核外電子一面繞原子核轉(zhuǎn)，一面不停的自轉(zhuǎn)。這樣的運(yùn)動(dòng)與太陽(yáng)系中各個(gè)星球圍繞太陽(yáng)的旋轉(zhuǎn)相似。 z{%oJ_
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原子核由帶正電的質(zhì)子及不帶電的中子組成，在核內(nèi)質(zhì)子與中子的數(shù)目是相等的，每個(gè)質(zhì)子與電子所帶的電量相等，所以使原子整體呈中性。在原子核周圍的電子是由靜電引力把它們吸引在原子核的周圍。并且電子與原子核保持一定距離。在某種原因的作用下失去核外電子，使原子轉(zhuǎn)變成離子而帶電。即具有電的性質(zhì)。 FyCBN tCv
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原子核外的電子排列比較規(guī)律，不是雜亂無章地排列，是以不同層次及不同軌道排列。最靠近原子核的第一層電子與原子核的結(jié)合力最強(qiáng)，離原子核越遠(yuǎn)的電子層，電子與原子核之間的作用力就越小，由于二者之間的作用力越小，越容易推動(dòng)電子。外層電子與原子核的結(jié)合力松散。因此在較小能量的作用下電子就可以脫離原子核，使原子變成離子。在化學(xué)反應(yīng)中最外層電子為價(jià)電子。在光學(xué)中，最外層電子參與光學(xué)過程，如光的吸出，光的發(fā)射等，因此在光學(xué)中最外層電子叫光學(xué)電子。光電子與價(jià)電子指的是同一電子。 wi>DZkR
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2．能級(jí)和狀態(tài)原子核中電子總是不停地在自動(dòng)軌道上運(yùn)動(dòng)，由于電子的運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生一定的動(dòng)能，電子被核吸引則有一定勢(shì)能，這兩個(gè)能在原子中構(gòu)成了原子內(nèi)能。內(nèi)能取決于核外電子與核的距離，距離增大，內(nèi)能增大，反之縮小。由于核與電子距離對(duì)內(nèi)能有影響，那么原子內(nèi)的電子從一個(gè)自行軌道跳躍到另一軌道，這就反應(yīng)了整個(gè)原子內(nèi)能量的變化。一般表示原子能量的方法是把能量的大小，按比例畫出數(shù)條橫線，每一條線代表一個(gè)能量值。從而體現(xiàn)出原子能量的不斷連續(xù)性只有在這些橫線上能量存在。其它的地方無能量。這主要是由于原子中的電子運(yùn)動(dòng)的軌道是固定的。每一橫線叫做原子的一個(gè)能級(jí)，把這些線畫在坐標(biāo)軸中，所形成的圖為原子能級(jí)圖。實(shí)際上要比這復(fù)雜。最下面的能級(jí)為E1，在E1能級(jí)上原子的能量狀態(tài)叫原子基態(tài)，基態(tài)以上的能級(jí)叫高能級(jí)，如E2、E3…，都為激發(fā)態(tài)。一般正常情況下大多數(shù)原子都處于低能級(jí)上，只有少數(shù)在高能級(jí)中。 F
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近代物理學(xué)中已經(jīng)知道，原子核外的電子是以主量子數(shù)n，角量子數(shù)L，磁量子數(shù)m和自旋量子數(shù)s來排布。并遵循泡利不相容原理和能量最低原理逐步添滿各層電子。 .+OB!'dDK^
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3．原子光譜 在正常的條件下原子外層電子總是處于最低能級(jí)軌道，以保持穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)外界有足夠的力量作用于基態(tài)的原子時(shí)就可以使基態(tài)原子中的電子從它所在的軌道能級(jí)躍遷到外層高能級(jí)的軌道。這種由低能級(jí)跳躍到高能級(jí)過程叫激發(fā)。激發(fā)態(tài)的原子不穩(wěn)定，總要從高能級(jí)回到低能級(jí)，以致回到基態(tài)的趨勢(shì)。當(dāng)原子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)時(shí)把所吸收的能量以光波的形式發(fā)散出來，形成大家熟知的發(fā)光現(xiàn)象。原子所吸收的能量，還是原子所放出的能量，都是相應(yīng)能級(jí)上的能量之差。即r＝1/h(En－Ek)，在此公式中r是發(fā)射光波的頻率，h是普朗克常數(shù)（6.623×10-24J/S），En是原子在高能級(jí)上的能量，Ek是過渡到低能級(jí)上的能量。從能量之差，可以了解到，原子核中的電子躍遷越高，在復(fù)回原級(jí)位置上時(shí)，釋放的能量就越高。因此這就是產(chǎn)生原子光譜的原因。
