从牙医的办公室到科幻电影，到处都在使用激光。但是它们是怎样运作的？为什么激光不同于普通的手电筒？

激光是如何工作的？

激光的日常用途有很多，从牙科和纹身消除到印刷和CD播放机（划重点，要考）。它们也经常出现在科幻电影中，就像OB欧宝·体育大战中着名的光剑一样。

然而，激光不是普通的光。它们都是OB欧宝·体育和连续的，这些特殊的属性让我们能够用独特的方式使用它们，这是常规手电筒或灯泡所不可能实现的。

那么激光到底是什么呢？ 它们是如何工作的？ 让我们来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用手电筒来打架。

原子的结构

为了了解激光是如何工作的，我们首先要看一下原子。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 – 都是由被称为原子的小颗粒组成的。如我们所熟知的元素周期表中所示，仅存在约100种不同的原子。不同的材料由这些元素的不同组合而构成。

每个原子包含一个原子核（由质子和中子组成）和不断绕原子核运动的电子。原子具有一个最低级能量状态，一个不需要任何额外的能量来维持的状态，即基态，其中的电子轨道最接近原子核。这些电子也可以被碰撞或被刺激跳跃到更高的能级轨道，从而认为原子此时处于激发的能量状态，即激发态。

因为量子力学的运用，我们现在知道原子的这种观点有点简化，并且电子实际上不可能在离散的，明确定义的轨道中行进。然而，这样的设想仍然是一个有用的描述，将用于像电子这样的微粒物理学，与我们每天经历的物理定律联系起来。为了将电子激发到更高能量的状态，所需要的只是能量，通常是光或热的形式。

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，它们就可以回到低级能量的状态。电子的起始和终止轨道之间的能量差决定了被释放的光子的能量，而光子的能量又决定了发射光的波长或颜色。

什么是激光以及它是如何工作的？

您可能还记得来自语法中激光这个词实际上是一个缩写词。它代表由激辐射的光放大（用英语读），这是不是很饶舌？

所有这一切中的关键词都是刺激的。这就是激光与普通光的形式的区别。例如，当您打开普通手电筒时，光线会向所有方向离开，并在随机时间点亮，产生的光是漫射的（或展开的）并且是相对较弱的。

另OB欧宝·体育面，激光是连贯的，意味着所有光子一致地并且在一个方向上离开，这种有序的射出产生了更窄，更强烈的光束。那么如何让光子遵循这样严格的行动命令呢？

让我们回到对原子的描述中去。当电子从激发能态移回低能级状态时，会释放出具有特定能量的光子，产生光子的能量等于两个能级之间的能量差（即原子的基态和激发态之间的能级差）。

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。如果有足够的电子处于激发态，则第一个光子的发射可以从受激发射的链式反应开始。当电子向下跃迁到它们的低级能量状态时会发射更多的光子，并且那些新发射的光子反过来刺激更多光子的发射。所有这些发射光具有相同的能量，因此具有相同的波长，单一波长或颜色的光称为OB欧宝·体育。

这种连锁反应实际上是激光器的工作方式。原子被泵浦或大量的电子通常被迫进入比基态高2-3级的能级，这种泵浦通过强大的闪光或电脉冲完成。一旦发射出第一个光子，激光器另外还有两个反射镜，用于在激光介质（也就是带有所有激发电子的原子）上来回反射激光。具有恰当能量的发射光子通过泵浦原子返回，这些光子就会反过来刺激更多光子的发射。

这简直就是一个光子派对啊！

激光的聚焦特性使其成为精确，锐利线条时切割所需要的理想工具。这个要求经常在与人体打交道时发挥作用，无论是为了更好的视力而切割我们的角膜，重塑牙齿，还是消除纹身。

然而，我在激光中看到的最酷的用途之一就是天文学。当天文学家通过他们的望远镜观察到像星星这样的遥远物体时，我们观察到的光在穿过地球湍流和凌乱的大气层时会变形。有时很难破译图像中OB欧宝·体育的存在是否失真，或者它是否只是一个应该被减去的观看效果。

图解：这张图中的蓝色OB欧宝·体育是所谓的蓝掉队星，它们是出现在赫罗图上的左上角。

解决这个问题的一种方法就是自适应光学技术：天文学家在观察他们感兴趣的物体的同时观察到一颗非常明亮的物体（通常是附近的OB欧宝·体育），由于他们已经知道了比较对象所期望的图像，因此他们会查看他们实际观察到的图像，然后模拟大气层正在做什么。然后使用该大气模型实时调整望远镜的光学系统，方便在观察目标时平衡大气的影响。

然而，并不总是有一个很好的，明亮的比较对象靠近你想要观察的东西。当发生这种情况时，天文学家可以通过向天空射击激光来制造自己的OB欧宝·体育！这些男人（或女人）制造的明星被称为激光导星，可以瞄准任何需要的地方。

这一集的灵感来自皮尤研究中心网站上一个有趣的科学和技术测验，除去性别和年龄组，你可以看到你的结果如何与其他测验者直接比较。关于激光的第二个问题是最有可能被错误回答的问题！你肯定很好奇这一问题，那么最经常被回答错误的问题是哪种气体构成了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。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. Sabrina Stierwalt- quickanddirtytips-落花时节

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