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光學工程
激光與全息技術原理
      物質由分子組成,分子由原子組成。實際上原子并不是組成物質的最小粒子,它是由原子核和圍繞核旋轉的一群電子組成的一個微觀系統。旋轉的軌道是一組空間的同心園。同心園數量有限,除允許的軌道外,其它軌道不允許電子存在。 
      原子具有內能,內能的大小不能連續變化,是一步一步分開的。這種分開的能量叫能級。電子所處狀態決定能級的高低。通常情況下,電子總是所處在內層軌道上,這種狀態叫基態或穩態。在整個原子系統中總是絕大多數電子組處于基態。在沒有外力作用下,內層的電子不會跑到外層上去。也就是說,低能級上的電子不會自動地跑到高能級上去。  
      當基態的電子被外部用適當的方式給予一定能量,如光照、電子碰撞、化學作用或加熱等,就會激發到高能級上去。相反電子由于原子自身的內部矛盾,也會自發地返回到低級能級上來,這個過程叫自發躍遷。躍遷是指微觀粒子系統從某一種狀態到別一種狀態的過渡。自發躍遷時原子的內能降低了,多余的能量就會釋放出來。釋放的形式有兩種,一種是熱,一種是光。熱叫無輻射躍遷,光叫自發輻射躍遷,其輻射稱自發輻射,一般的光源如電燈的光是自發躍遷產生的。 
   
       因為原子集團中各原子的最外電子不拘一格,輻射物質也可能包含多種類的元素。各原子的電子軌道半經并不相等,能級間的能量差也不一樣。由于這樣的原子集團所輻射的電磁波中,各個模式的強度、頻率、相位、方向可能是千差萬別的,故自發輻射在光學中叫非相干光。日光燈、電燈的輻射都是非相干光、光和無線電波、微波一樣,是電磁能的一種形式,雖然電磁輻射的效應隨頻率而變化,但所有的輻射過程的本質都是一樣的。  
       激光的產生是利用物質的一種叫受激輻射的特性,通常是物質未受到外界能量的激發時全部電子都集居在基態能級A,受到外界的能量激發后,一部分電子就會上升到能級B的高能級,而后它們很快要以熒光躍遷的形式,衰落到次能級C物質。受到刺激后電子在最高能級停留的時間都非常短,大約在10的負八次方秒以下。但有些物質當電子躍遷到次高能級能停留較長時間。如紅寶石的鉻離子就能停留幾個毫秒,因而在那里形成一種穩定的停留狀態(亞穩態)。  
      電子從亞穩態進一步向低能級躍遷時,產生光子。如果這個光子在光學諧振腔(兩端是反射鏡的一個腔體)中反射回來,就會誘發同樣性質的躍遷,產生同頻率、同相位的光子。這兩個光子又會再起誘發作用,如此下去就會產生足夠強的同頻率,同相位的光從光學諧振腔中具有半透性的那個反射鏡中射出去,這就是受激輻射。  
      受激輻射光經諧振腔多次的反復、反饋、放大后最終形成一束頻率一樣、相位相同、方向一致的強大光流,從半反半透的那個鏡片中射出,這就是激光。  
       1900年出生在匈牙利的英國人蓋伯(DGabor)發明全息照相術,為此他在1971年獲得諾貝爾獎金。1962年美國的執密安大學的利思(ENLeith)和烏帕特克尼斯(Jvpatnicks)利用激光拍攝成功了第一張實用全息圖,即離軸型兩光束全息圖片。全息術的英文名稱叫:"Holography"出于希臘語,意思是全部記錄,即記錄全部信息—振幅和相位。利用激光照相術所產生的全息圖上的任一小區能重現整個物體的象。所以,只要保存底片的一小部分碎片就能再現出原來全部的景物,這就是全息的來源,通常我們理解為全部信息。

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