Laser 原理VIP专享VIP免费

雷射的簡單原理一般的光線具多相（由不同波長的光組合而成）和散發性，所以照度和距離平方→→成反比。雷射光則是單相光，光線在雷射管中，反覆地『反射激發反射』，能量逐漸累積，且光線的方向一致。所以雷射光具有高能量及低散發性。可以利用這個特性。雷射是將大量的光子(photon)聚集在單一方向，使其具有高同調性及單一波長的特性，並利用光學系統將光在加工物件上聚集成一極小的範圍，通常直徑約在數百個微米(um)以下。物質表面吸光子所攜帶的能量，進而和材料進行交互作用而產生加工的效果，但隨著波長所屬範圍的不同，其交互作用的機制卻也有相當大的差異。雷射(LASER)是「LigntAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation」的縮寫。它是種可以激發出特定波長或顏色的電磁波，此種特性讓雷射在醫療及外科手術上，成為不可或缺的工具。雷射原理最早在20世紀初期因包爾理論（Bohr'stheory）以及光學共振原理而開始被人提出。接著在1917年間，愛因斯坦（Einstein）提出誘發輻射理論；而在1954年蕭樂（Schawlow）及道尼氏（Townes）則利用此理論描述了電磁波（maser）；隔年佐敦（Gordon）更是將電磁波加以運用；直到1960年才由邁門(Maiman）利用紅寶石激發出可見光，產生第一道雷射光。要瞭解雷射的基本原理必須先回想原子的構造。原子由原子核與在週圍繞轉的電子構成，電子在一定的軌道繞轉，各軌道各有一定的能量，離原子愈遠的軌道能階愈高。當電子受到外來能量的激發時(例如光子)，從基態跳躍至較高能階的軌道，此種狀態即稱為受激態。電子並不能長久處於受激態，約僅百萬分之一秒即回到原來之軌道，也就是回復基態，此時電子會放出原先吸收之能量，這就是自發放射。當電子正處於受激態時，如果正好又有外來適量的光子撞擊時，愛因斯坦認為這個光子不會被吸收，而會誘導受激態的電子落至原先的軌道，放出與這個光子一模一樣的光子(相同波長，相同方向，相位也相同)，這就是激發放射。而這兩個一模一樣的光子又可以分別激發其他的受激態電子放出一模一樣的光子，總共會有四個一模一樣的光子，繼續進行連鎖反應而製造出波長相位均相同的光能，這就是雷射光。但是困難的地方是，原子的受激態大約只能維持百萬分之一秒，而且大部分的原子都在穩定的基態，只有少數的原子在受激態，所以不容易造成連鎖反應，這就有如在一個穩定的社會，只有少數人示威遊行，搖旗吶喊是起不了甚麼大作用的，但是如果整個社會人心沸騰，社會極不穩定，只要有少數人登高一呼，可能就有排山倒海的連鎖反應效果。類似的道理，要產生雷射光，也必須持續給予能量，使雷射介質處於居量反轉狀態，也就是大部分的原子都在不穩定的受激態，此時少量的光子就能夠藉激發放射的連鎖反應來產生雷射光了。不同的雷射介質就會產生不同波長的雷射光，雷射常以活性介質來命名，例如用紅寶石做為介質，就產生紅寶石雷射。介質可以是固體(紅寶石雷射、釹釔鋁石榴石雷射)，液體(染料雷射)，或氣體(二氧化碳雷射、氦氖雷射、氬離子雷射、準分子雷射)。活性介質不同，發出來的光顏色也不同，也有不同的特性及應用。例如在醫療上，由於不同顏色的光與人體組織的作用效果不同，在應用時也會因病變或部位的不同而需要使用不同的雷射。(二)雷射的應用工業上應用雷射來切割金屬材質，和做表面處理，如雷射割切、加工、掃描、雷射雷達、雷射位移計、雷射干涉儀．．．，是品質控制和自動化機器人不可或缺的利器硬化處理使材料更耐磨，或在金屬材料表面敷以異質層(在鋁的表面敷以鐵、鎳、錳或銅)，可以將其抗熱度提昇。雷射技術的應用正在日益擴大之中，在機械工業上雷射的運用日益普遍，究其用途，不外乎加工與量測兩大類。作為量測用途的雷射，其輸出功率一般較加工用途的雷射低，而價格較廉，種類也較多。量測用途的雷射除了常見的二極體雷射與氦氖雷射外，在一些特殊的場合中，也可見到一些較高功率的雷射，做為大面積或長距離的量測之用。醫學上用雷射來切割組織氣化腫瘤。來做表面處理，像消除不要的刺青，胎記，痣等，如二氧化碳雷射用於去除疣、痣、凹洞疤痕及各種皮膚腫瘤都十分有效；至於染料雷射則用於治療血管瘤、...