[科普中國(guó)]-片狀激光

片狀激光是固體激光的一種形式，因激光媒介為片狀得名。

簡(jiǎn)介激光束由厚約80至200微米的盤(pán)片制得。 這種激光的優(yōu)點(diǎn)是，激光晶體能夠被更好的冷卻，以及更好的光束質(zhì)量和更高的單位體積功率。 片狀激光通過(guò)激光二極管被激發(fā)，具有很高的工作效率（70%）。 片狀激光由斯圖加特大學(xué)的Adolf Giesen研發(fā)而成。1

激光二極管激光二極管是一種激光產(chǎn)生器，其工作物質(zhì)是半導(dǎo)體，屬于固體激光產(chǎn)生器，大部分激光二極管在結(jié)講上與一般二極管相似。由于激光二極管的運(yùn)作中，電子的能量轉(zhuǎn)變過(guò)程只涉及兩個(gè)能階，沒(méi)有間接帶隙造成的能量損失，所以效率相對(duì)高。能發(fā)光的半導(dǎo)體電子元件，透過(guò)三價(jià)與五價(jià)元素所組成的復(fù)合光源。此種電子元件早在1962年出現(xiàn)，早期只能夠發(fā)出低光度的紅光，被惠普買(mǎi)下專(zhuān)利后當(dāng)作指示燈利用。及后發(fā)展出其他單色光的版本，時(shí)至今日，能夠發(fā)出的光已經(jīng)遍及可見(jiàn)光、紅外線及紫外線，光度亦提高到相當(dāng)高的程度。用途由初時(shí)的指示燈及顯示板等；隨著白光發(fā)光二極管的出現(xiàn)，近年逐漸發(fā)展至被普遍用作照明用途。

一般激光二極管的基本結(jié)構(gòu)與發(fā)光二極管相同，是以半導(dǎo)體造成的PN結(jié)，當(dāng)電子受到外來(lái)電場(chǎng)（激發(fā)來(lái)源，pumping source）的牽引下從較高能級(jí)的n區(qū)域進(jìn)入低能級(jí)的p區(qū)域時(shí)，受激電子藏有的能量便釋放出來(lái)。由于選用的半導(dǎo)體做成的PN結(jié)的能帶隙是直接帶隙，所以能量釋放的形式是光子（光線）而不是熱。

與發(fā)光二極管不同的是，激光二極管內(nèi)有兩個(gè)互相平行的光學(xué)反射面（也即鏡子）形成光學(xué)共振腔。構(gòu)成這兩反射面的只須平滑的半導(dǎo)體表面（利用不同介質(zhì)有不同的折射率來(lái)形成全反射），由于半導(dǎo)體有整齊的晶體結(jié)構(gòu)，所以很容易造出光滑同平行的表面，而半導(dǎo)體的高折射率亦很易形成全內(nèi)反射。光學(xué)共振器使得半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的光在兩平行的晶體表面間反復(fù)來(lái)回而激發(fā)更多光子，當(dāng)反復(fù)來(lái)回下激光的增益大過(guò)耗損時(shí)，穩(wěn)定的激光束便從二極管射出。因?yàn)榧す獾牟ㄩL(zhǎng)只有與兩晶體面間距離能諧振才會(huì)產(chǎn)生激光，產(chǎn)生相干的光子。2

激光激光（英語(yǔ)：LASER），中國(guó)大陸譯成激光，在港澳臺(tái)又音譯為鐳射或雷射，是“通過(guò)受激輻射產(chǎn)生的光放大”（英語(yǔ)：LightAmplification byStimulatedEmission ofRadiation）的縮寫(xiě)，指通過(guò)刺激原子導(dǎo)致電子躍遷釋放輻射能量而產(chǎn)生的具有同調(diào)性的增強(qiáng)光子束，其特點(diǎn)包括發(fā)散度極小，亮度（功率）可以達(dá)到很高等。產(chǎn)生激光需要“激發(fā)來(lái)源”，“增益介質(zhì)”，“共振結(jié)構(gòu)”這三個(gè)要素。2

安全性即使是第1級(jí)的激光也被認(rèn)為有潛在性的危險(xiǎn)。西奧多·梅曼創(chuàng)造的第一個(gè)激光器只有“吉列”的功率，它只能灼熱吉列刮胡刀的刀片。但是，幾毫瓦的低功率照射，都足以危害到人眼的視力。如果該激光的波長(zhǎng)在眼角膜和透鏡可以良好聚焦在視網(wǎng)膜的范圍內(nèi)，就意味著這種相干性低的發(fā)散的激光會(huì)被眼睛聚焦在視網(wǎng)膜上極小的區(qū)域，只要幾秒鐘或更短的時(shí)間，就會(huì)造成視網(wǎng)膜局部的燒灼和永久性的傷害。

激光器通常都會(huì)標(biāo)示有著安全等級(jí)編號(hào)的激光警示標(biāo)簽：

第1級(jí)（Class I/1）：在裝置內(nèi)是安全的。通常是因?yàn)楣馐煌耆姆忾]在內(nèi)，例如在CD播放器內(nèi)。

第2級(jí)（Class II/2）：在正常使用狀況下是安全的，眼睛的眨眼反射可以避免受到傷害。這類(lèi)設(shè)備通常功率低于1mW，例如激光指示器。

第3 a/R級(jí)（Class IIIa/3R）：功率通常會(huì)達(dá)到5mW，并且在眨眼反射的時(shí)間內(nèi)會(huì)有對(duì)眼睛造成傷害的小風(fēng)險(xiǎn)。注視這種光束幾秒鐘會(huì)對(duì)視網(wǎng)膜造成立即的傷害。

第3b/B級(jí)（Class IIIb/3B）：在暴露下會(huì)對(duì)眼睛造成立即的損傷。

第4級(jí)（Class IV/4）：激光會(huì)燒灼皮膚，在某些情況下，即使散射的激光也會(huì)對(duì)眼睛和皮膚造成傷害。許多工業(yè)和科學(xué)用的激光都屬于這一級(jí)。

這種標(biāo)示的功率是針對(duì)可見(jiàn)光和連續(xù)波長(zhǎng)的激光，對(duì)脈沖激光和不可見(jiàn)光激光還有其它適用的限制。對(duì)使用第3B級(jí)和第4級(jí)激光工作的人，還需要可以吸收特定波長(zhǎng)光的護(hù)目鏡保護(hù)他們眼睛的安全。

某些波長(zhǎng)超過(guò)1.4μM的紅外線激光通常被歸類(lèi)為對(duì)“眼睛安全”的。這是因?yàn)樗肿拥膬?nèi)在分子震動(dòng)對(duì)這一波段附近的頻譜有著強(qiáng)烈的吸收，因此這些波長(zhǎng)的激光在通過(guò)眼角膜時(shí)會(huì)被稀釋?zhuān)耆珱](méi)有辦法殘留的光線會(huì)被透鏡聚焦到達(dá)視網(wǎng)膜。但是"眼睛安全"的標(biāo)簽可能會(huì)造成誤導(dǎo)，因?yàn)樗贿m用于低功率的連續(xù)光束，任何高功率或有Q-斷路器的激光，在這種波長(zhǎng)一樣可以燒灼眼角膜，造成眼睛嚴(yán)重的損傷。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

王沛 - 副教授、副研究員 - 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所