激光的四种特性详解

激光具有与普通光源非常不同的特性，通常将其称为激光的四个特性：良好的单色性，良好的方向性，良好的相干性和能量集中性。 激光的这些特性不是彼此独立的，而是彼此相关的。 实际上，正是由于激光的受激发射特性，它才是一个相干光源，所以它的单色性和方向性都很好，并且能量集中了。  

 

 1.单色性

 

普通光源的线宽很宽。 即使是具有最佳单色性的氟灯，其线宽也为10Hz〜10Hz。 激光的线宽很窄。 从理论上可以证明，单个纵向模式激光的线宽存在理论上的限制。 例如，氨激光的线宽极限可以达到约10Hz。 显然，温度，激光振动，气体激光器中激光工作材料的气流以及外部泵浦的这种变化会导致谐振频率变得不稳定。  

 

 2.方向性

 

普通光源发出的光以大的发散角在所有方向上传播。 激光的发散角很小，几乎是平行光束。 如果在几公里外发射激光束，则光束传播的直径小于10厘米。 带有抛物面反射镜的探照灯的使用必须扩展到几十米。 根据光衍射理论，任何穿过出射孔的光都必须被衍射。 衍射角的大小与光的波长成正比，与孔的直径成反比。 激光的方向性与振荡模式，腔长，工作材料等有关。基本横向模式的发散角最小，横向模式的阶数越高，发散角越大。 因此，通过采用适当的水平模式选择技术使激光器在基本水平模式下工作，有利于提高激光器的方向性。 谐振腔越长，激光方向性越好。 在所有类型的激光器中，气体激光器的方向性最好，其次是固态激光器，而半导体激光器的方向性最差。 
 

3.相干性

 

激光的相干性能比普通光源强得多。 一般来说，激光被称为相干光，普通光被称为非相干光。 相干性可以分为时间相干性和空间相干性。 让我们分别讨论激光的这两个相干性。  

 

时间相干性

 

光源的时间相干性与单色有关。 光源的光谱线宽度Δv越窄，相干时间t越长。 激光的线宽非常窄，因此其时间相干性要比普通光源好得多。  

 

空间相干性

 

这里提到的空间相干性主要是指水平空间相干性，与光源的方向性有关。 对于普通光源，其发出的光属于多种模式，并且仅在一定空间范围内的光子是相干的。 因此，在81中定义的相干区域可以用来描述光的空间相干性。 对于激光，仅属于相同横向模式的光子在空间上是相干的，而不属于同一横向模式的光子在空间上是不相干的。 因此，激光的空间相干性由激光的横向模式结构决定。 如果激光是单横模； 它在空间上是完全连贯的。 如果激光是多横向模式，则其空间相干性能会下降。 另外，在上述的激光方向性中，提到了单个基本横向模式的方向性最佳，并且横向模式阶数越高，方向性越差。 这表明激光的方向性越好，其空间相干度越高。  

 

4.能量集中性

 

测量发光空间的能量集中，并且可以由亮度定义。 普通光源发出的光是连续的，并以非常分散的能量向各个方向辐射。 即使将透镜用于聚焦，也难以将所有能量会聚在很小的范围内，因此亮度不高。 激光发出的激光具有良好的方向性，并且能量高度集中在空间中。 使用脉冲技术，激光能量也可以在时间上高度集中。 因此，激光的亮度远高于普通光源。