第三节 激光的特性

　　激光是一种新型光源，它产生于光的受激辐射，因为它与入射光具有相同的频率、相位、传播方向和偏振态，所以激光与普通光源相比有着不同的特性。

一、单色性好

　　由激光器发射出的激光辐射能量，通常只集中在十分窄的频谱范围内，因此具有很高的单色性。再加上激光稳频技术和腔模选择技术（限纵模作用），使得真正产生振荡的激光频率的范围进一步受到更大程度的压缩，从而提高了单色性。通常以谱线宽度作为衡量光源单色性好坏的标准，用Δv(或Δλ)来表示，即Δv、Δλ愈小谱线宽度愈窄，单色性愈好。

　　在普通光源中，氪同位素（Kr⁸⁶）灯发出的波长λ=605.7nm的光谱线的单色性最好，在低温条件下其谱线宽度Δλ=0.00047nm。与此相比，单模稳频氦氖激光器发出波长λ632.8nm的激光，其谱线宽度Δλ＜10^-6nm，单色性比氪灯提高了10万倍。

　　不同类型的激光器发出的激光，其单色性不同。单模稳频气体激光器单色性最好，固体激光器次之，半导体激光器最差。

二、方向性好

　　激光具有很强的方向性。从激光器的输出镜发射出的激光光束，基本上是沿着垂直于镜面的方向传播的。光束的方向性，可用光束的发散角2θ（或光束的立体角Ω）来描述。一般激光器输出激光光束发散角2θ的数量级为mrad(毫弧度，1mrad=3，37")。

　　因有 Ω=π(θR)²/R²=πθ²　　　　　　　　(17-52)

　　当θ=10^-3rad时，Ω=10^-6π

　　这就是说，一般激光器只向着数量级约为10^-6的立体角范围内输出激光光束。

　　激光的方向性与工作物质的类型和均匀性，光腔类型和腔长，激励方式和激光器的工作状态等有关。气体激光器有最好的方向性2θ=10^-3rad，氦氖激光器甚至可达3×10^-4rad。固体激光器方向性较差，一般在10^-2rad量级。半导体激光器方向性最差，一般在（5－10）×10^-2rad量级。

三、相干性好

　　光源的相干性可分为时间相干性和空间相干性。时间相干性实质上是指光源上同一点在不同时刻所发射光的关联程度。用什么来度量时间相干性呢？一般用相干或相干长度来度量。相干时间是指光源同一点上先后发出的两束光能够产生干涉现象的最大时间间隔。在这个最大的时间间隔（即相干时间）内光所走过的路程（光程）就是相干长度。光源的时间相干性和光源的单色性存在着直接的联系，因为相干长度L和光源的谱线宽度（Δλ）之间存在以下定量关系：

　　L=λ₀²/Δλ　　　　　　　　　　　　　　　　(17-53)

　　其中λ₀为光源的中心波长。分析上式可知：Δλ愈窄，单色性愈好；L相干长度愈大，时间相干性愈好。

　　空间相干性实质上是指光源上不同点在同一时刻发射的光的关联程度，一般用相干面积来描述。光源的相干面积是指这样的面积，在这面积内任意两点发出的光都能产生干涉，超出这个面积外的任意点发出的光都不能产生干涉。原因是相干面积内任意两点发出的光总是存在一定的位相差。由于激光在光发射过程中，各个发光中心是相互关联的，不仅存在着相同的频率、相同的方向、相同的偏振态，而且存在严格的位相关系，所以空间相干性很好，是理想的相干光源。

四、高亮度

　　光源的亮度是表征光源定向发光能力强弱的一个重要的参量。它定义为光源单位发光表面沿给定方向上单位立体角内发出的光功率的小：

　　B=ΔE/Δs×ΔΩ×Δt　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（17－54）

　　由（17－54）式可以扯出，在其它条件不变的情况下，光束的立体角ΔΩ越小，亮度B就越高；发光时间Δt越短，亮度B也越高。

　　由于激光能把能量在空间上和时间上高度地集中起来，这是任何普通光源都无法比拟的。例如：太态光源其亮度值大约为B=10W/(Sr·cm²)[瓦/球面度平方厘米]数量级，而目前大功率激光器输出亮度值可高达B≈10¹⁰-10¹²W/(Sr·cm²)数量级。

[时间：2001-12-11  作者：许鑫　杨皋  来源：《印刷应用光学》·第十七章 激光概述]