最后更新：2025年10月5日

激光光

蓝光、绿光或红光

自然光或人造光（如日光、白炽灯、LED等）由所有颜色的叠加组成，即一种向各个方向传播的混沌电磁波。它并非具有规则且相干长度的波，更像是水面上的无序涟漪。

激光（受激辐射光放大）是去除了除一种颜色外所有颜色的自然光。

尽管可以制造同时发出多种颜色和多个方向的激光，但最常见且最高效的激光是单色且单向的。激光的颜色为蓝色、绿色或红色，即由单一颜色（原色）组成。所有其他颜色都是颜色的混合（间色）。例如：胡萝卜吸收蓝光，因此其颜色是除蓝色外所有颜色的微妙混合。

决定激光辐射颜色的是光学周期的持续时间（周期和频率）。激光具有有序性，且只要经过放大，就能沿直线传播极远距离而不发生形变。

激光与自然光相比，给人的印象就像是一支步伐整齐的军队，而自然光则像是一群杂乱无章移动的人群。

受激光

受激辐射光是通过单个光子的能量释放出两个光子而获得的放大效应。因此，激光将以易于操控的方式被激发。

借助反射镜，它可以传播至任意所需位置与距离，且功率可按需增强。典型的例子包括用于调整天文观测的激光导引星，以及用于测试核聚变的世界最强兆焦耳级激光器。

注：根据詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（1831-1879）的方程，光是一种自传播的横电磁波，具有电场和磁场分量，其中电场和磁场相互垂直振荡，并沿垂直于其运动方向的方向无限传播，除非被中间物质吸收。换言之，电场和磁场这两种场相互生成，使整个复合结构在真空中以有限的光速传播。

激光的用途

激光不仅用于装饰演出厅。激光的用途极为广泛，从光学读取器中极低功率的二极管（0.000001瓦），到为受控核聚变实验设计的兆焦耳激光器（10¹⁵瓦），应用领域不胜枚举。

激光已渗透到我们的日常生活中。超市（条形码扫描）、计算机（DVD、蓝光读取、激光打印机）、信息传输（光纤）、物理精密测量（地月距离、原子摄影）、工业（激光测距仪、雷达、激光切割、焊接、雕刻）、医学（眼科手术、皮肤科、激光手术刀）、国防（核武器模拟）、科研（受控等离子体聚变）、天文学（卫星激光测距、激光导星自适应光学）等领域都能见到它的身影。

我们还从微波（可见光谱之外）中产生不可见的相干激光，称为微波激射器。这些设备广泛应用于干涉测量、计量学和原子钟等先进领域。微波激射器在这些应用中发挥着关键作用，因为它们能够产生极其稳定和精确的电磁波，这对于高精度测量和先进的时间应用至关重要。

激光功率

为了提高功率，我们还生产脉冲激光器。

这些激光器间歇性地发射光线，从而能够观测极快的物理现象。通过发射超短闪光，可以捕捉快速移动物体的超短瞬间图像。例如，飞秒激光器的工作原理类似于频闪观测仪，能够以极短的曝光时间拍摄快照。为此，需要非常强烈的照明。

脉冲激光的优势在于其能够在极短时间内集中光线并增强其功率。闪光持续时间越短，功率就越高。

在1阿秒（10⁻¹⁸秒）内，光仅能穿越一个原子的直径，而1秒内光可跨越地球与月球的距离。这种超短时长适用于追踪物质中分子的运动，甚至原子内电子的运动。借助飞秒激光，可实现高峰值功率（每脉冲高达100焦耳），例如在大型拍瓦级系统中。各类应用充分利用了这些光的独特特性（科研、工业、生物医学领域）。通过阿秒激光，可以拍摄原子核周围电子云的图像。通过塑造兼具超强与超短特性的光脉冲，人类得以深入物质的核心。

阿秒激光捕获的电子云

在这一系列图像中，可以看到氮分子N2轨道的特征结构。第一张是计算图像，第二张是实验重建图像，第三张是理论重建图像。

功率与激光闪光持续时间之间的关系

脉冲激光器功率与闪光持续时间之间的关系。

E=Pt 或功率 = \(\frac{\text{能量}}{\text{时间}}\)

若1焦耳的能量在1秒内集中释放，则得到1瓦特；1焦耳在1毫秒内释放产生1千瓦；1焦耳在1微秒内释放产生1兆瓦，依此类推。

Power and time of pulsed lasers (1 W=1 J/s)
1 watt	1 s or 10⁰ s	led
1 kilowatt	ms or 10^-3 s	toaster
1 megawatt	µs or 10^-6 s	wind turbine
1 gigawatt	ns or 10^-9 s	nuclear reactor
1 terawatt	ps or 10^-12 s	cyclone
1 petawatt	fms or 10^-15 s	gulf stream
1 exawatt	as or 10^-18 s	sun light