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技術(shù)專題

組成激光測(cè)距儀的激光的特性

發(fā)布日期:2014-07-08 點(diǎn)擊:1992

(一)定向發(fā)光

普通光源是向四面八方發(fā)光。要讓發(fā)射的光朝一個(gè)方向傳播,需要給光源裝上一定的聚光裝置,如汽車的車前燈和探照燈都是安裝有聚光作用的反光鏡,使輻射光匯集起來向一個(gè)方向射出。激光器發(fā)射的激光,天生就是朝一個(gè)方向射出,光束的發(fā)散度極小,大約只有0.001弧度,接近平行。1962年,人類第一次使用激光照射月球,地球離月球的距離約38萬公里,但激光在月球表面的光斑不到兩公里。若以聚光效果很好,看似平行的探照燈光柱射向月球,按照其光斑直徑將覆蓋整個(gè)月球。

(二)亮度極高

在激光發(fā)明前,人工光源中高壓脈沖氙燈的亮度更高,與太陽的亮度不相上下,而紅寶石激光器的激光亮度,能超過氙燈的幾百億倍。因?yàn)榧す獾牧炼葮O高,所以能夠照亮遠(yuǎn)距離的物體。紅寶石激光器發(fā)射的光束在月球上產(chǎn)生的照度約為0.02勒克斯(光照度的單位),顏色鮮紅,激光光斑明顯可見。若用功率最強(qiáng)的探照燈照射月球,產(chǎn)生的照度只有約一萬億分之一勒克斯,人眼根本無法察覺。激光亮度極高的主要原因是定向發(fā)光。大量光子集中在一個(gè)極小的空間范圍內(nèi)射出,能量密度自然極高。

(三)顏色極純

光的顏色由光的波長(zhǎng)(或頻率)決定。一定的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)一定的顏色。太陽光的波長(zhǎng)分布范圍約在0.76微米至0.4微米之間,對(duì)應(yīng)的顏色從紅色到紫色共7種顏色,所以太陽光談不上單色性。發(fā)射單種顏色光的光源稱為單色光源,它發(fā)射的光波波長(zhǎng)單一。比如氪燈、氦燈、氖燈、氫燈等都是單色光源,只發(fā)射某一種顏色的光。單色光源的光波波長(zhǎng)雖然單一,但仍有一定的分布范圍。如氪燈只發(fā)射紅光,單色性很好,被譽(yù)為單色性之冠,波長(zhǎng)分布的范圍仍有0.00001納米,因此氪燈發(fā)出的紅光,若仔細(xì)辨認(rèn)仍包含有幾十種紅色。由此可見,光輻射的波長(zhǎng)分布區(qū)間越窄,單色性越好。

激光器輸出的光,波長(zhǎng)分布范圍非常窄,因此顏色極純。以輸出紅光的氦氖激光器為例,其光的波長(zhǎng)分布范圍可以窄到2×10-9納米,是氪燈發(fā)射的紅光波長(zhǎng)分布范圍的萬分之二。由此可見,激光器的單色性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過任何一種單色光源。

此外,激光還有其它特點(diǎn):相干性好。激光的頻率、振動(dòng)方向、相位高度一致,使激光光波在空間重疊時(shí),重疊區(qū)的光強(qiáng)分布會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定的強(qiáng)弱相間現(xiàn)象。這種現(xiàn)象叫做光的干涉,所以激光是相干光。而普通光源發(fā)出的光,其頻率、振動(dòng)方向、相位不一致,稱為非相干光。

閃光時(shí)間可以極短。由于技術(shù)上的原因,普通光源的閃光時(shí)間不可能很短,照相用的閃光燈,閃光時(shí)間是千分之一秒左右。脈沖激光的閃光時(shí)間很短,可達(dá)到6飛秒(1飛秒=10-15秒)。閃光時(shí)間極短的光源在生產(chǎn)、科研和軍事方面都有重要的用途。

(四)能量密度極大
光子的能量是用E=hf來計(jì)算的,其中h為普朗克常量,f為頻率。由此可知,頻率越高,能量越高。激光頻率范圍3.846*10^(14)Hz到7.895*10^(14)Hz.電磁波譜可大致分為:(1)無線電波——波長(zhǎng)從幾千米到0.3米左右,一般的電視和無線電廣播的波段就是用這種波;(2)微波——波長(zhǎng)從0.3米到10-3米,這些波多用在雷達(dá)或其它通訊系統(tǒng);(3)紅外線——波長(zhǎng)從10-3米到7.8×10-7米;(4)可見光——這是人們所能感光的極狹窄的一個(gè)波段。波長(zhǎng)從780—380nm。光是原子或分子內(nèi)的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變時(shí)所發(fā)出的電磁波。由于它是我們能夠直接感受而察覺的電磁波極少的那一部分;
 
 (5)紫外線——波長(zhǎng)從3 ×10-7米到6×10-10米。這些波產(chǎn)生的原因和光波類似,常常在放電時(shí)發(fā)出。由于它的能量和一般化學(xué)反應(yīng)所牽涉的能量大小相當(dāng),因此紫外光的化學(xué)效應(yīng)最強(qiáng);(6)倫琴射線—— 這部分電磁波譜,波長(zhǎng)從2×10-9米到6×10-12米。倫琴射線(X射線)是電原子的內(nèi)層電子由一個(gè)能態(tài)跳至另一個(gè)能態(tài)時(shí)或電子在原子核電場(chǎng)內(nèi)減速時(shí)所發(fā)出的;(7)γ射線——是波長(zhǎng)從10-10~10-14米的電磁波。這種不可見的電磁波是從原子核內(nèi)發(fā)出來的,放射性物質(zhì)或原子核反應(yīng)中常有這種輻射伴隨著發(fā)出。γ射線的穿透力很強(qiáng),對(duì)生物的破壞力很大。由此看來,激光能量并不算很大,但是它的能量密度很大(因?yàn)樗淖饔梅秶苄?,一般只有一個(gè)點(diǎn)),短時(shí)間里聚集起大量的能量,用做武器也就可以理解了。

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