激光具有哪些特点？

Answer 1

激光也是光，它与普通光没有本质上的区别。但激光又是一种特殊的光，与普通光相比具有方向性好、单色性好、高亮度和优异的相干性四个特点。激光的各种应用正是基于上述特点，在这些方面目前还找不到第二种光源可与激光媲美。

（一）指点江山千里外——方向性好

方向性即光束的指向性，常以a角大小来评价，a角越越小光束发散越小，方向性越好。若a角趋于零，就可近似地把它称作“平行光”。灯光、阳光等普通光是射向四面八方的，根本谈不上方向性。虽然人们可以置光源于透镜或凹面反射镜的焦点上，获得近似“平行光”，但因光源总有一定大小，镜面不可能做到绝对准确，加之镜子孔径衍射引起的发散，就是普通光中方向性最好的探照灯的光束也总有0.01弧度的发散角（1弧度=103毫弧度＝57.296度），这是普通光目前利用光学系统后方向性达到的最高水平。

由于谐振腔对光振荡方向的限制，激光只有沿腔轴方向受激辐射才能振荡放大，所以激光射束具有很高的方向性。当然，由于谐振腔反射镜对光存在衍射极限，如不采取一定措施，想使发散角为零是相当困难的。尽管如此，激光的发散角一般在毫弧度数量级，比探照灯光的发散角小10倍以上，比微波小约100倍。激光束借助光学发射系统，a角可小到几乎是零，接近于平行光束。

（二）红橙黄绿青蓝紫——单色性好

从电磁波谱中，我们可以看到，对应一种颜色就有一种波长。“雨后复斜阳，彩虹架长空”，这是我们常见的自然现象，因为太阳光包含着所有可见光的波长，也就是包含着世界上所有的各种颜色，结果却成了白色。所以，“白”光是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫各种颜色光的混合。一种光所包含的波长范围越小，它的颜色就越纯，看起来就越鲜艳，通常我们把这种现象称之为单色性高。一般把波长范围小于几埃（1埃=1亿分之一厘米）的一段辐射称为单色光，发射单色光的光源称为单色光源。和激光束的发散角是衡量光束方向性好坏的标志一样，谱线宽度则是衡量单色性优劣的标准。

人们在长期生产和科学实验中，已经创造出很多单色光源，如各种霓虹灯、水银灯、钠光灯等。以往最好的单色光源是同位素氪灯86，它在低温下发出的光波长范围只有约0.005埃，室温下的谱线宽度为0.0095埃，因此它的颜色很鲜艳。激光的出现，在光的单色性上引起了一次大的飞跃。如单色性好的氦氖激光，它的波长范围比千万分之一埃还要小，最小的已经达到一千亿分之几埃，它的单色性比普通光真不知要好多少亿倍。因此，激光是颜色最纯、色彩最鲜的光。

（三）100亿倍于太阳光——亮度高

简单讲亮度，是指光源在单位面积上的发光强度。它是评价光源明亮程度的重要指标。

为了生产实践的需要，光学上规定：光源在单位面积上，向某一方向的单位立体角内发射的光功率称为光源在这个方向上的亮度。在一般照明工程中，亮度单位是“熙提”。简单地讲，1熙提就是在1厘米2的单位面积上发光强度为1烛光。几种光源的亮度见表。

大家知道，电灯要比蜡烛亮得多，炭弧灯又比电灯更亮，而超高压水银灯比炭弧灯又要亮出十几倍。那么，世界上最亮的光源是什么呢？人造小太阳（长弧氙灯）的出现，它的亮度已经赶上了太阳。而高压脉冲氙灯更比太阳亮上10倍。但在激光面前，无论是太阳、人造小太阳，还是高压脉冲氙灯，他们的亮度都算不了什么。一支功率仅为1毫瓦的氦氖激光器的亮度，比太阳约高100倍；一台巨型脉冲的固体激光器的亮度可以比太阳表面亮度高1010倍，即100亿倍。这年光源亮度上是一次何等惊人的大飞跃啊！我们可以毫不夸张地说，激光是现代最亮的光源，它的亮度是过去的一切都望尘莫及。迄今为止，唯有氢弹爆炸瞬间的强烈闪光，才能与它相比拟。在这里我们应该值得注意的是，绝不能把激光的亮度误解为激光器所能给出的光能量，比相同时间内太阳光给出的还多。实际上这是由于激光把脉冲宽度压的很窄、光束的发散角又很小的缘故。

（四）黑白相间条纹清——相干性好

激光是一种相干光，这是激光这一崭新光源与普通光源最重要的区别。那么，什么是光的相干性呢？我们不妨用水波来进行解释：当你同时向平静的湖水中投入两块石头后，它们就各自组成了一组水波。两组水波各自进行独立的传播，但又互相影响，相互干扰，这叫“波的干涉现象”。如果我们再仔细观察这两组水波相互干涉时，就会进一步发现，要是两组波峰与波峰相遇，则波浪起伏得更高；同样，如波谷与波谷相遇，则波浪凹处会变得更深。要是一组水波的波峰与另一组水波的波谷相遇，那么波浪就将互相抵消。这种现象就称为“波的叠加现象”。波的叠加原理是：每一个波在其所到达的区域内，都独立地激发起振动，与是否同时存在其他波无关；而当两列波产生干涉，同时作用于某一点上时，则该点的振动等于每列波单独作用时所引起的振动的代数和。我们把能够产生干涉现象的两列波称为“干涉波”。发出相干波的波源称为“相干波源”。

不过需要指出，上述四个特点是笼统地就激光在其整体上与普通光相比较而言的。其实，在实际应用中无需对四个特性都提出很高的要求。例如：全息照相的主要要求是单色性和相干性好；激光通信主要要求是方向性、单色性和相干性好；激光测距主要要求是方向性好和高亮度；激光武器主要要求则是高亮度和方向性好等等。应用目的不同，就应选用或研制不同特点的激光器。

Answer 2

激光的发射原理及产生过程的特殊性决定了激光具有普通光所不具有的特点:即三好(单色性好、相干性好、方向性好)一高(亮度高)。
1 单色性好:普通光源发射的光子,在频率上是各不相同的,所以包含有各种颜色。而激光发射的各个光子频率相同,因此激光是最好的单色光源。
由于光的生物效应强烈地依赖于光的波长,使得激光的单色性在临床选择性治疗上获得重要应用。此外,激光的单色特性在光谱技术及光学测量中也得到广泛应用,已成为基础医学研究与临床诊断的重要手段。
2 相干性好:由于受激辐射的光子在相位上是一致的,再加之谐振腔的选模作用,使激光束横截面上各点间有固定的相位关系,所以激光的空间相干性很好(由自发辐射产生的普通光是非相干光)。激光为我们提供了最好的相干光源。正是由于激光器的问世,才促使相干技术获得飞跃发展,全息技术才得以实现。
3 方向性好:激光束的发散角很小,几乎是一平行的光线,激光照射到月球上形成的光斑直径仅有1公里左右。而普通光源发出的光射向四面八方,为了将普通光沿某个方向集中起来常使用聚光装置,但即便是最好的探照灯,如将其光投射到月球上,光斑直径将扩大到1 000公里以上。
激光束的方向性好这一特性在医学上的应用主要是激光能量能在空间高度集中,从而可将激光束制成激光手术刀。另外,由几何光学可知,平行性越好的光束经聚焦得到的焦斑尺寸越小,再加之激光单色性好,经聚焦后无色散像差,使光斑尺寸进一步缩小,可达微米级以下,甚至可用作切割细胞或分子的精细的“手术刀”。
4 亮度高:激光的亮度可比普通光源高出1012-1019倍,是目前最亮的光源,强激光甚至可产生上亿度的高温。激光的高能量是保证激光临床治疗有效的最可贵的基本特性之一。利用激光的高能量还可使激光应用于激光加工工业及国防事业等。