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激光具有高度平行性,那為何我們還可以看到激光?

激光是指頻率、相位、方向高度一致的光,由於它是非自然產生,需要人為的激勵某些特殊材料,還需要在特殊結構的作用下才可產生,因而被簡稱為激光。

激光的頻率、相位、方向高度一致,是非常特殊的光源,因而在軍事、工業、科研上有廣泛的、不可替代的作用。

比如因為其方向性極好,也就意味著能量可以高度集中,數千瓦的光能可以集中在幾個平方毫米的區域內,近乎無堅不摧,所以軍事上可以作為武器,工業上可以作為切割、焊接和表面處理,非常的高效。

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談到激光的方向性,它是高度平行的光,按理平行光本身就意味著只朝著特定方向,而沒有雜散方向的光,也就意味著如果激光沒有對準你的話,理論上是無法看到激光的,這理論上當然成立,但問題是在實際生活環境下,一束激光射過時,會遇到空氣中的灰塵、水蒸氣,這些微小粒子會散射激光,使得少部分激光改變方向而讓你看見,這就是有名的丁達爾效應,就是平常導致你能看到激光束的主要原因。

即便是沒有灰塵的純凈氣體,雖然沒有漫反射,但依舊會出現光子擊中氣體分子後,而導致氣體分子受激二次輻射發光,這個方向是不確定,但這種光非常弱,因此要一顆光子擊中一顆原子是非常小概率的事件。

所以如果一束激光穿過真空,即便是數百千瓦的光芒,如果沒對準你,你的確是看不見的。不僅僅激光如此,普通光通過真空,如果方向不對準你,也是看不見的,譬如我們晚上看見漆黑的夜空,其實這只是地球背面擋住陽光,但你看到的漆黑的太空中,強烈的陽光其實一直都在通過,但因為真空沒有微塵進行漫反射,你看到的只是漆黑的夜空而已。

光是原子中的電子吸收能量後,從低能級躍遷到高能級,再從高能級回落到低能級,回落的時候釋放的能量以光子的形式放出。

而激光,就是被引誘(激發)出來的光子隊列,這光子隊列中的光子們,光學特性一樣,步調極其一致。

打個比方就是,普通光源,比如電燈泡發出來的光子各不同,而且會各個方向亂跑,很不團結,像是臨時集結的散兵游勇。而激光則像是訓練有素的士兵,勁往一處使,目的一致。在真空中的話,激光不直射向你,你是看不到的。但是,我們共同呼吸著的空氣,並不是真空。其中有灰塵、懸浮顆粒物等。激光的光亮的「通路」是由於這些粒子對光線散射形成的。我們稱為「丁達爾效應」。

其實,道理很簡單,我們為說明光是沿直線傳播的,通常會提到一個例子,在教室里掃地時,有陽光透過床玻璃,我們就能看到太陽光是直的。

為什麼是掃地時,因為這時空氣中塵土明顯增多,陽光照在塵土發生漫反射,所以,我們可以從各個方向看到陽光的傳播路徑。同樣道理,激光雖然是平行光束,在空氣中傳播的過程中,也會被空氣和塵埃反射向各個方向,所以從各個方向都能看到。如果在真空中就只能逆著激光傳播的的方向正對激光才能看到。

太空中,就因為沒有空氣和塵埃,所以才一片黑暗

PS:未經同意不得轉載(圖片來源網路)

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