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激光光学——白光激光及其应用

现有的激光技术一直存在一个短板,只能发射单一波长或窄波段的光。如何扩大激光的频率,形成超宽带、超直、紫外、可见光和红外波长的相干白光激光,仍然是人类尚未实现的梦想,是世界性的科技难题。这是因为激光光学由光学谐振腔、增益介质和泵浦源组成。激光的波长由增益物质中原子、分子或离子的能级结构决定。

由于天然激光晶体材料对增益频率范围和增益带宽有很大的限制,激光器不能产生任何波长的激光。
会创造出完美的白色激光吗?它会给激光的应用带来哪些变化和发展?

 1。太阳光

众所周知,万物都是靠太阳生长的,阳光给大地带来光和热。我们熟悉的太阳光是一种白光,它的光谱覆盖了紫外-可见-近红外-中红外波段,如图1所示,在可见光波段(400-700nm),辐射能量最强,涵盖红、橙、黄、绿、蓝七种颜色,在光谱中连续分布和过渡。因为太阳是白色的,所以经常在雨后的天空中看到彩虹,或者阳光透过玻璃棱镜穿过七种颜色的光(图2)。这是日常生活中常见的经历。

人们不太熟悉的一件事是阳光是一种完全不相干的光。在空间相干性方面,太阳光不可能是直的和高度发散的。在时间相干性方面,不同颜色的阳光之间没有相位相关和锁定。所以太阳光只能用来发电供暖、热水器、太阳能电池等。

但是利用现代科学技术,比如利用阳光来传递信息,似乎是不可能的。


laser

太阳光的光谱分布。太阳辐射的光谱包括太阳本身、进入地球的太阳光的光谱,以及由于吸收大气中的水和二氧化碳而到达海平面的太阳光的光谱。

2、白光激光的优势及应用前景

白光激光光源、短波激光光源和连续激光与普通白光(如太阳光、白炽灯、白光LED灯等)相比,具有亮度高、峰值功率高、宽在科研、国防军事、照明、通信技术、信息技术、工业生产、生物医学、环境检测等领域受到广泛关注。

白光作为一种新型激光光源,具有方向性好、能量密度高、光谱超连续、带宽大、波长中心灵活、时空相干度高等多种优点。这将大大扩展激光技术的功能和应用范围。白光激光或太阳激光是完全相干的光,不仅是激光束的高度,而且是非常小的区域。幅度和相位完全不同的颜色锁定,通过调节幅度和相位,可以随心所欲地改变激光脉冲形状的时间,并产生非常短的脉冲宽度(飞秒和飞秒激光脉冲。这样的太阳能激光器将具有可以实现光能在空间和时间上的聚焦和汇聚,在很小的区域、很短的时间内释放能量,形成极高的瞬时功率密度。

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