微博互动营销案例:那是真的激光吗？

那种玩具不是激光，只不过是由聚光性很好的发光二极管发出的红色的普通光线。那个玩具只要几个钮扣电池，真正的激光科没有这么小功率的

大家就那么说而已，根据你的提问介绍，是类似于半导体激光器，说白了就是高亮度发光二极管。

据实际工作经验，红外波段小功率半导体激光器，可应用于相位测距...

是激光，激光的功率可以很小，也可以很大。

一、什么是激光

（1）激光是怎样产生的

这得先从普通光说起。大千世界之所以显得万紫千红，百色争艳，是因为各种物体将阳光反射到人眼的视网膜上，再由视神经将光信号转换成生物电信号送至人脑，经综合分析后才产生色觉。

1666年，赫赫有名的英国物理学家兼数学家牛顿创立了光学这门学科。他发现，当金色的太阳光通过三棱镜后，会分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光，而这七色光实际上是波长不同的七种光。当时，牛顿认为光是由一个个弹性小球组成的。这就是所谓的光的微粒说。

跟牛顿同时代的荷兰物理学家惠更斯却不这样想。他认为光与声音一样，都是一种空气振动过程，这种振动像水波那样是一波接一波传递的。这也就是光的波动说。

1802年，英国医师兼物理学家托马斯·杨用光的干涉实验，检验牛顿和惠更斯的理论。结果，否定了光的微粒说，肯定了光的波动说。

1864年，英国物理学家麦克斯韦在仔细研究了光波后指出：光波是与无线电波、X射线以及γ射线一样的电磁波，它们之间的区别仅仅是波长不同。无线电波一般以米为单位，光波则比无线电波短很多，常用微米做单位（1米=1000000微米），而人的肉眼只能感觉到波长为0.4～0.7微米之间的一小部分电磁波。

这样，麦克斯韦完成了人类对光认识的第一次飞跃，使光的波动说被大家承认。然而，这次认识飞跃也像当年的微粒说一样，并不完全正确。因为这样光的波动理论，虽能比较满意地解释光在传播过程中产生的反射、折射和干涉现象，但却解释不了光电效应。

于是，德国大名鼎鼎的物理学巨匠爱因斯坦于1905年提出了光子说。

光子说认为，光能是聚集成一份一份的，以不连续的形式在空中传播。每一份光叫做一个光量子。而每一个光量子相当于一个微粒，它以每秒30万千米的速度传播。因此，光量子既是一种微粒，又是一种电波。这样，光子说就把几百年来争论不休的两种观点，即光的微粒说和波动说统一了起来。

至此，人类在对光的认识史上终于完成了第二次飞跃。当然，人的认识是没有止境的，今后对光的本质很可能还会有新的认识。但不管怎样，到目前为止，光子说是最完美的解释。

如果我们把自然态的各种可见光称为普通光的话，那么，激光就是一种特殊光。不管是普通光还是特殊光，顾名思义，激光无疑也是光家族中的一员。但问题是激光与普通光性能截然不同，是光家族中得天独厚的骄子。那么，激光与普通光究竟有什么不同呢？

普通光是自发产生的。在自然界中，任何东西都有从高处向低处落的自发倾向。比如，山高海低，水就往低处流，形成百川归大海的现象。在微观世界，深入到物质的分子结构里面，同样也存在着类似的现象：处在激发状态（高能级）的原子，即使没有任何外界影响，过一段时间之后，它自己也会从高能级跃迁到低能级，同时放出一个光子，这种现象在物理学上叫作自发辐射。

普通光源的发生就是这种自发辐射的结果。比如一盏普通的白炽灯，它的钨丝中有大量的发光原子，每一种原子都有着自己特定的能级结构。当给白炽灯通电后，输入的电能很快转化为钨丝的热能，于是部分钨原子在获得能量后，纷纷从低能级跃迁到高能级。但这种高能状态是不稳定的，就像尖屋顶上的一只球，由于位能很高，很容易掉下来，一旦这些原子从高能量状态掉下来，回到低位能状态时，就会释放出一份能量，这份能量以光子的形式释放出来，于是电灯就发光了。

再如高压水银灯，放电后会产生许多能自由运动的电子，这些电子在电场作用下加速，速度比子弹还要快很多。当这类电子与水银原子碰撞时，就把能量传给水银原子，使水银原子受到激发，达到不稳定的高能量状态。然后，又自发地从高能量状态掉下来，回到低能量状态时，就发出了光。

但是，不论是白炽灯、日光灯还是高压水银灯，它们的发光原子自发地由不稳定的高能级向低能级跃迁时，都是独立进行的，彼此之间没有任何联系，这就好像枣子成熟后总是各自落到地面上，彼此之间没有任何联系一样。因而，普通光发出的光子，状态是各不相同的，不仅波长不一样，发射的方向也都不一样，向四面八方的都有。也就是说，自发辐射产生的光，它的波长和方向是杂乱无章的。

激光是激出来的。发光有两种形式。上面讲的自发辐射是发光的一种形式。除此之外，还有另一种发光形式，那就是受激辐射。什么是受激辐射呢？这就是说，原来处在高能级的原子，还可以在其他光子的刺激或感应下，跃迁到低能级，同时发射出一个同样的光子。由于这一过程是在外来光子的刺激下产生的，所以叫作受激辐射。有趣的是，新产生的光子与外来光子具有完全相同的状态，即频率一样、波长一样、方向一样，结果就内外勾结，相得益彰。

辐射，就能使一个光子变成两个光子，这两个光子又会引起其他原子发生受激辐射，于是，在极短的瞬间内激发出无以数计的光子，实际就将光放大了。在这种情况下，只要辅以必要的设备，就可以形成具有完全相同频率和相同方向的光子流，这就是激光。而放大光的设备，就是激光器。激光与普通光相比，是青出于蓝而胜于蓝。

因为孕育出激光的光源本身并不是激光。也就是说，在实际使用的激光器中，受激辐射过程中使用的原始光信号并不是来源于外界，而是来源于激光器内部的自发辐射。上面我们已讲了，自发辐射产生的是普通光，如同普通光源发出的光一样，在发射方向上是完全无规则的。为了解决这个问题，激光器内的发光物质（也叫工作物质），被安置在一个单方向的管腔内。这样一来，尽管自发辐射的光是各奔东西的，但其中总有一些光子会沿着管腔内的直线方向前进。并且，它们一边前进，一边还会刺激和促使其他处在高能级状态的原子，使它们也产生受激辐射，并释放出跟前进方向相同的光子。这样，这支前进中的光子队伍，由于一路上不停地招兵买马，便形成越来越强的高能光束。当能量达到一定强度时，激光器便将这道强光束发射出去，这就成了无坚不摧的激光。

在1953年，根据爱因斯坦的受激辐射原理，美国物理学家汤斯研制成功了微波放大器。与汤斯同时代的苏联物理学家巴索夫和普罗乔罗夫，也独立研究了微波放大理论。由于光波实质上是频率特高的电磁波，所以他们三个人通过研究，到1958年提出，微波技术完全可以用于光波放大。

能够放大光的设备在物理学上叫作光激射器，或简称激光器。无论是激光还是激光器，在英语中通用一个单词：LASER，音译为“莱塞”，亦即“受激辐射放大光”的缩略词。

至此，激光的诞生已到了瓜熟蒂落，水到渠成的阶段。1960年9月，激光这个光家族的骄子终于呱呱堕地。幸运的接生婆则是美国年轻的物理学家梅曼。当时梅曼的激光器中使用了一根人造红宝石作为发光物质，以强光作为激光源。红宝石是一种人工制造的晶体，它的主要成分是氧化铝。纯净的氧化铝叫刚玉，是无色透明的，在它里面加入一些氧化铬，就成了人工红宝石。当梅曼用氙灯的闪光照射红宝石时，实验室里突然发射出一束深红色的光，其亮度达到太阳表面亮度的4倍，这束振奋人心的耀眼的光束就是激光。

（2）激光器

激光器家族中成员虽多，但它们的结构基本相同，都是由发光物质（介质）、管状谐振腔和激光源三部分组成。我们不妨打个不太贴切的比喻：发光物质就好比是激光器的灯丝，激光源好比是开关，而谐振腔就好比是灯罩。发光物质如按物理状态分，可以分为气体、液体、固体和半导体。如按发光粒子分，可以分为原子、离子、分子和自由电子等。许多物质都可以产生激光，但不同的物质产生的激光在物理性能上有所不同。

激光器的工作方式是以发射出的激光持续时间长短来划分的，一般分为连续、脉冲、巨脉冲和超短脉冲四种。用于精密测量和医院手术室的激光，要求激光器连续工作。脉冲式激光器特别适于打孔、切割、测距，它们可以单次发射，也可以每秒发射几次、几十次、上百次甚至上千次激光束。巨脉冲激光器发出的激光时间更短，约为一亿分之几秒到十亿分之一秒。这类激光器能输出极大的功率。超短脉冲激光器发出的激光，其持续时间只有几百亿分之一秒到一万亿分之一秒，甚至还要短，但输出功率比巨脉冲激光器更大，可达到十万亿瓦，因此在国防和科研上有特殊用途。今天的激光器已成为一个具有几千名成员的大家庭。

（3）激光的特征

特征之一：比太阳还要亮百亿倍。

万物生长靠太阳。太阳光又强、又热，谁也不敢正视耀眼的太阳，因为仅太阳表面的温度就高达6000摄氏度。可是与激光相比，太阳光就仿佛小巫见大巫了。拿最早的由美国物理学家梅曼制成的那台红宝石激光器来说，它发射出的深红色激光是太阳亮度的4倍。而近年来研制出的最新激光，要比太阳表面亮度高出100亿倍以上！

对于普通光源来说，比如白炽灯、日光灯，是难以做到这一点的，由激光器发出的激光却可以顺利地做到这一点。因为激光器发出的激光是集中在沿轴线方向的一个极小发射角内（仅十分之一度左右），激光的亮度就会比同功率的普通光源高出几亿倍。再加上激光器能利用特殊技术，在极短的对间内（比如一万亿分之一秒）辐射出巨大的能量，当它汇聚在一点时，可产生几百万度，甚至几千万度的高温，自然要使堪称光明之源的太阳也望尘莫及了！

特征之二：波长范围小。

拿氦氖气体激光器来说，它射出的波长宽度不到一百亿分之一微米，比氪灯约纯10万倍。因此，激光完全可以视为单一而没有偏差的波长，是极纯的单色光。

特征之三：方向最集中。

所谓方向性是指光的集中程度。当我们按亮手电筒或打开探照灯时，看上去它们射出的光束在方向上是笔直的，似乎也很集中，其实，这类光束射到一定距离后，就散得四分五裂了。唯有激光才是方向最一致、最集中的光。如果将激光束射向月球，虽然光在途中要历经38万4千千米的漫漫旅途，但它不仅只须花1秒种左右便能到达月球表面，而且仅在那里留下一个半径为2千米的光斑区。而普通光即便再强、聚焦再好，射出不到几百米就作鸟兽散了。

特征之四：相干性极好。

当用手将脸盆中的水激起水波，并使这些水波的波峰与波峰相迭，波谷与波谷相迭时，水波的起伏就会加剧，这种波就叫相干波。同样道理，激光也是一种相干光波，它的波长、方向等都一致。

如果我们把一束光比作一支正在行进的队伍，那么普通光队伍里每个成员的步伐大小、起步时间和行进方向是不一致的，也就是说各成员之间互不相干。而激光这支队伍则是全体成员步调一致、目标一致，纪律严明、训练有素，也就是说相干性极好。物理学通常用相干长度来表示光的相干性，光源的相干长度越长，光的相干性就越好。在激光问世前，单色性最好的是氰灯，相干长度只有385厘米，而激光的相干长度可达几十千米。因此，如将激光用于精密测量，它的最大可测长度要比普通单色光大10万倍以上。

激光的四大特点是互相联系、相辅相成的。简而言之就是一句话：单色高亮度。另外要强调一下的是：激光器并不能凭空创造出巨大的能量，它发出的激光束之所以能堪称威力无比的“光剑”，是因为它能在瞬间将蓄积的能量集中射在极小的面积上。

一、什么是激光

（1）激光是怎样产生的

这得先从普通光说起。大千世界之所以显得万紫千红，百色争艳，是因为各种物体将阳光反射到人眼的视网膜上，再由视神经将光信号转换成生物电信号送至人脑，经综合分析后才产生色觉。

1666年，赫赫有名的英国物理学家兼数学家牛顿创立了光学这门学科。他发现，当金色的太阳光通过三棱镜后，会分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光，而这七色光实际上是波长不同的七种光。当时，牛顿认为光是由一个个弹性小球组成的。这就是所谓的光的微粒说。

跟牛顿同时代的荷兰物理学家惠更斯却不这样想。他认为光与声音一样，都是一种空气振动过程，这种振动像水波那样是一波接一波传递的。这也就是光的波动说。

1802年，英国医师兼物理学家托马斯·杨用光的干涉实验，检验牛顿和惠更斯的理论。结果，否定了光的微粒说，肯定了光的波动说。

1864年，英国物理学家麦克斯韦在仔细研究了光波后指出：光波是与无线电波、X射线以及γ射线一样的电磁波，它们之间的区别仅仅是波长不同。无线电波一般以米为单位，光波则比无线电波短很多，常用微米做单位（1米=1000000微米），而人的肉眼只能感觉到波长为0.4～0.7微米之间的一小部分电磁波。

这样，麦克斯韦完成了人类对光认识的第一次飞跃，使光的波动说被大家承认。然而，这次认识飞跃也像当年的微粒说一样，并不完全正确。因为这样光的波动理论，虽能比较满意地解释光在传播过程中产生的反射、折射和干涉现象，但却解释不了光电效应。

于是，德国大名鼎鼎的物理学巨匠爱因斯坦于1905年提出了光子说。

光子说认为，光能是聚集成一份一份的，以不连续的形式在空中传播。每一份光叫做一个光量子。而每一个光量子相当于一个微粒，它以每秒30万千米的速度传播。因此，光量子既是一种微粒，又是一种电波。这样，光子说就把几百年来争论不休的两种观点，即光的微粒说和波动说统一了起来。

至此，人类在对光的认识史上终于完成了第二次飞跃。当然，人的认识是没有止境的，今后对光的本质很可能还会有新的认识。但不管怎样，到目前为止，光子说是最完美的解释。

如果我们把自然态的各种可见光称为普通光的话，那么，激光就是一种特殊光。不管是普通光还是特殊光，顾名思义，激光无疑也是光家族中的一员。但问题是激光与普通光性能截然不同，是光家族中得天独厚的骄子。那么，激光与普通光究竟有什么不同呢？

普通光是自发产生的。在自然界中，任何东西都有从高处向低处落的自发倾向。比如，山高海低，水就往低处流，形成百川归大海的现象。在微观世界，深入到物质的分子结构里面，同样也存在着类似的现象：处在激发状态（高能级）的原子，即使没有任何外界影响，过一段时间之后，它自己也会从高能级跃迁到低能级，同时放出一个光子，这种现象在物理学上叫作自发辐射。

普通光源的发生就是这种自发辐射的结果。比如一盏普通的白炽灯，它的钨丝中有大量的发光原子，每一种原子都有着自己特定的能级结构。当给白炽灯通电后，输入的电能很快转化为钨丝的热能，于是部分钨原子在获得能量后，纷纷从低能级跃迁到高能级。但这种高能状态是不稳定的，就像尖屋顶上的一只球，由于位能很高，很容易掉下来，一旦这些原子从高能量状态掉下来，回到低位能状态时，就会释放出一份能量，这份能量以光子的形式释放出来，于是电灯就发光了。

再如高压水银灯，放电后会产生许多能自由运动的电子，这些电子在电场作用下加速，速度比子弹还要快很多。当这类电子与水银原子碰撞时，就把能量传给水银原子，使水银原子受到激发，达到不稳定的高能量状态。然后，又自发地从高能量状态掉下来，回到低能量状态时，就发出了光。

但是，不论是白炽灯、日光灯还是高压水银灯，它们的发光原子自发地由不稳定的高能级向低能级跃迁时，都是独立进行的，彼此之间没有任何联系，这就好像枣子成熟后总是各自落到地面上，彼此之间没有任何联系一样。因而，普通光发出的光子，状态是各不相同的，不仅波长不一样，发射的方向也都不一样，向四面八方的都有。也就是说，自发辐射产生的光，它的波长和方向是杂乱无章的。

激光是激出来的。发光有两种形式。上面讲的自发辐射是发光的一种形式。除此之外，还有另一种发光形式，那就是受激辐射。什么是受激辐射呢？这就是说，原来处在高能级的原子，还可以在其他光子的刺激或感应下，跃迁到低能级，同时发射出一个同样的光子。由于这一过程是在外来光子的刺激下产生的，所以叫作受激辐射。有趣的是，新产生的光子与外来光子具有完全相同的状态，即频率一样、波长一样、方向一样，结果就内外勾结，相得益彰。

辐射，就能使一个光子变成两个光子，这两个光子又会引起其他原子发生受激辐射，于是，在极短的瞬间内激发出无以数计的光子，实际就将光放大了。在这种情况下，只要辅以必要的设备，就可以形成具有完全相同频率和相同方向的光子流，这就是激光。而放大光的设备，就是激光器。激光与普通光相比，是青出于蓝而胜于蓝。

因为孕育出激光的光源本身并不是激光。也就是说，在实际使用的激光器中，受激辐射过程中使用的原始光信号并不是来源于外界，而是来源于激光器内部的自发辐射。上面我们已讲了，自发辐射产生的是普通光，如同普通光源发出的光一样，在发射方向上是完全无规则的。为了解决这个问题，激光器内的发光物质（也叫工作物质），被安置在一个单方向的管腔内。这样一来，尽管自发辐射的光是各奔东西的，但其中总有一些光子会沿着管腔内的直线方向前进。并且，它们一边前进，一边还会刺激和促使其他处在高能级状态的原子，使它们也产生受激辐射，并释放出跟前进方向相同的光子。这样，这支前进中的光子队伍，由于一路上不停地招兵买马，便形成越来越强的高能光束。当能量达到一定强度时，激光器便将这道强光束发射出去，这就成了无坚不摧的激光。

在1953年，根据爱因斯坦的受激辐射原理，美国物理学家汤斯研制成功了微波放大器。与汤斯同时代的苏联物理学家巴索夫和普罗乔罗夫，也独立研究了微波放大理论。由于光波实质上是频率特高的电磁波，所以他们三个人通过研究，到1958年提出，微波技术完全可以用于光波放大。

能够放大光的设备在物理学上叫作光激射器，或简称激光器。无论是激光还是激光器，在英语中通用一个单词：LASER，音译为“莱塞”，亦即“受激辐射放大光”的缩略词。

至此，激光的诞生已到了瓜熟蒂落，水到渠成的阶段。1960年9月，激光这个光家族的骄子终于呱呱堕地。幸运的接生婆则是美国年轻的物理学家梅曼。当时梅曼的激光器中使用了一根人造红宝石作为发光物质，以强光作为激光源。红宝石是一种人工制造的晶体，它的主要成分是氧化铝。纯净的氧化铝叫刚玉，是无色透明的，在它里面加入一些氧化铬，就成了人工红宝石。当梅曼用氙灯的闪光照射红宝石时，实验室里突然发射出一束深红色的光，其亮度达到太阳表面亮度的4倍，这束振奋人心的耀眼的光束就是激光。

（2）激光器

激光器家族中成员虽多，但它们的结构基本相同，都是由发光物质（介质）、管状谐振腔和激光源三部分组成。我们不妨打个不太贴切的比喻：发光物质就好比是激光器的灯丝，激光源好比是开关，而谐振腔就好比是灯罩。发光物质如按物理状态分，可以分为气体、液体、固体和半导体。如按发光粒子分，可以分为原子、离子、分子和自由电子等。许多物质都可以产生激光，但不同的物质产生的激光在物理性能上有所不同。

激光器的工作方式是以发射出的激光持续时间长短来划分的，一般分为连续、脉冲、巨脉冲和超短脉冲四种。用于精密测量和医院手术室的激光，要求激光器连续工作。脉冲式激光器特别适于打孔、切割、测距，它们可以单次发射，也可以每秒发射几次、几十次、上百次甚至上千次激光束。巨脉冲激光器发出的激光时间更短，约为一亿分之几秒到十亿分之一秒。这类激光器能输出极大的功率。超短脉冲激光器发出的激光，其持续时间只有几百亿分之一秒到一万亿分之一秒，甚至还要短，但输出功率比巨脉冲激光器更大，可达到十万亿瓦，因此在国防和科研上有特殊用途。今天的激光器已成为一个具有几千名成员的大家庭。

（3）激光的特征

特征之一：比太阳还要亮百亿倍。

万物生长靠太阳。太阳光又强、又热，谁也不敢正视耀眼的太阳，因为仅太阳表面的温度就高达6000摄氏度。可是与激光相比，太阳光就仿佛小巫见大巫了。拿最早的由美国物理学家梅曼制成的那台红宝石激光器来说，它发射出的深红色激光是太阳亮度的4倍。而近年来研制出的最新激光，要比太阳表面亮度高出100亿倍以上！

对于普通光源来说，比如白炽灯、日光灯，是难以做到这一点的，由激光器发出的激光却可以顺利地做到这一点。因为激光器发出的激光是集中在沿轴线方向的一个极小发射角内（仅十分之一度左右），激光的亮度就会比同功率的普通光源高出几亿倍。再加上激光器能利用特殊技术，在极短的对间内（比如一万亿分之一秒）辐射出巨大的能量，当它汇聚在一点时，可产生几百万度，甚至几千万度的高温，自然要使堪称光明之源的太阳也望尘莫及了！

特征之二：波长范围小。

拿氦氖气体激光器来说，它射出的波长宽度不到一百亿分之一微米，比氪灯约纯10万倍。因此，激光完全可以视为单一而没有偏差的波长，是极纯的单色光。

特征之三：方向最集中。

所谓方向性是指光的集中程度。当我们按亮手电筒或打开探照灯时，看上去它们射出的光束在方向上是笔直的，似乎也很集中，其实，这类光束射到一定距离后，就散得四分五裂了。唯有激光才是方向最一致、最集中的光。如果将激光束射向月球，虽然光在途中要历经38万4千千米的漫漫旅途，但它不仅只须花1秒种左右便能到达月球表面，而且仅在那里留下一个半径为2千米的光斑区。而普通光即便再强、聚焦再好，射出不到几百米就作鸟兽散了。

特征之四：相干性极好。

当用手将脸盆中的水激起水波，并使这些水波的波峰与波峰相迭，波谷与波谷相迭时，水波的起伏就会加剧，这种波就叫相干波。同样道理，激光也是一种相干光波，它的波长、方向等都一致。

如果我们把一束光比作一支正在行进的队伍，那么普通光队伍里每个成员的步伐大小、起步时间和行进方向是不一致的，也就是说各成员之间互不相干。而激光这支队伍则是全体成员步调一致、目标一致，纪律严明、训练有素，也就是说相干性极好。物理学通常用相干长度来表示光的相干性，光源的相干长度越长，光的相干性就越好。在激光问世前，单色性最好的是氰灯，相干长度只有385厘米，而激光的相干长度可达几十千米。因此，如将激光用于精密测量，它的最大可测长度要比普通单色光大10万倍以上。

激光的四大特点是互相联系、相辅相成的。简而言之就是一句话：单色高亮度。另外要强调一下的是：激光器并不能凭空创造出巨大的能量，它发出的激光束之所以能堪称威力无比的“光剑”，是因为它能在瞬间将蓄积的能量集中射在极小的面积上。