为什么大多数激光笔都是红色的?


为什么大多数激光笔都是红色的?

说起来,激光在我们生活中的应用已经非常广泛了,超市的收银员用它们扫描你商品上的条形码,教授们用它们来吸引学生的注意力。而猫主人们则用“红点”来作为自己宠物的玩具,可以说是目前最流行的激光笔的用途。

为什么大多数激光笔都是红色的?

这些我们都很熟悉的“小红点”,这让鹿角网开始思考:难道它们都必须是红色的吗?明明当自然光穿过棱镜时,它会分裂成七种组成颜色。那么,为什么大多数激光笔都只给我们提供七种颜色中的一种呢?

长话短说,主要是生产能够发出红光的激光笔比生产其他种类的激光笔更便宜。其他颜色的激光笔并不是没有被发明,只不过红色激光笔仍然是最经济的选择。因此,它们是批量生产的首选产品,更是货架上最受欢迎的产品。

为什么大多数激光笔都是红色的?

那么,为什么生产红色激光笔比生产其他颜色的激光笔更便宜呢?为了了解这一点,让我们来看看这些激光笔到底是什么以及它们是如何工作的。

激光本质上是一种具有放大亮度的高度聚焦光源。激光的英文单词是“laser”,这个词是“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(受激辐射放大光)”的首字母缩写词。

为什么大多数激光笔都是红色的?

当诸如玻璃、水晶、钻石等一些材料的电子被电流吸收的能量激发时,就会产生激光。被激发的电子在原子内从较低的轨道跃迁到较高的轨道。当它们回到“正常”,即基态时,这些先前被激发的电子以光子的形式释放能量。在这种相互作用过程中释放出来的所有光子往往是一致的,因而每一束光波的波峰和波谷恰好吻合,所以它们都是同样的颜色。

当更多的能量被供给到玻璃或者水晶时,一些电子被激发,这就是所谓的泵送。它们作为一个整体移动到一个更高的能态然后又回到基态。这种现象称为种群反转。人口反转会导致更大的能量爆发,从而产生一种雪崩式的光,即所谓的受激发射。这个巨大的能量爆发,集中在一个点上,变成了激光。

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1960年,物理学家西奥多·梅曼在马里布的休斯研究实验室工作时,发明了第一台激光器。他的激光器使用了一根末端镀银的合成红宝石棒,切割的方式是这样的:光束会在棒内反弹,在从另一端出来之前获得亮度。这个装置发出一束窄而明亮的光波,波长为694纳米。

人们可以利用不同的方法来制造不同颜色的激光。红色激光一般使用简单的半导体二极管来产生光,它由两个半导体放在一起组成,一个在另一个的上面。在上面,我们通常会发现砷化镓,这是一种短缺的电子的材料,被称为P型半导体。底部是含硒的砷化镓,这种材料有一个多余的电子,叫做N型半导体。这两个二极管堆叠在一起,形成了所谓的PN结。

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当电流通过PN结时,来自半导体P的电子被激发并填补半导体N中的空白。PN结的顶部和底部涂有一层镀银的表面。被激发的电子释放出困在这个PN结中的光子,并继续从镀银的表面反弹。如前所述,PN结最终发生种群反转,导致受激发射,从结点以激光的形式出现。

从商店里买来的简单半导体二极管发出的光,其波长范围往往在700-800纳米之间,因此颜色从橙色到红色不等。

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虽然研究表明,红色并不是最吸引人的光源,绿色才是,因为人类的眼睛对这种特定的波长更敏感。而且它发出的光比红色激光更亮,可以达到比红色激光更远的距离。

但是,为了产生绿色激光,出射光的波长必须小于600纳米。产生低波长的聚焦光束是很复杂的。

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首先,一个标准的半导体二极管发出大约800纳米的激光。这种光聚焦在钕晶体上,钕晶体将其转换成波长为1000纳米的红外光束。最后,合成的光束通过一个专门的倍频晶体,然后以波长530-540纳米的绿光出现。

很明显,生产绿色激光需要一些更专业的组件,所以红色激光作为最具成本效益的产品,现在仍然是市场上最受欢迎的激光品种。


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