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05 光物质 Light Matters(第5页)

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非常相近。

它在传播过程中仍然会因为衍射而发散,但是其发散程度已经微乎其微。

这种特性也意味着激光可以用透镜或者平面镜聚焦成一个特别小的光斑。

除了相干性之外,与灯泡发出的光相比,激光的第二个优势是它的颜色更纯。

换句话说,激光发出的光波长范围很窄,而灯泡发出的光的波长范围特别广。

激光的光强度特别稳定(光探测器的探测结果中噪声很低),可以连续发射或者作为光脉冲进行发射。

激光可以聚焦成非常小的光斑,这一能力使得它在显微镜技术中得到了各式各样的应用。

例如,通过扫描在显微透镜焦点处目标物体上的激光光斑,并且检测从物体散射或者重新辐射出的光,可以构造出物体的三维图像。

这个方法对于观察动物组织非常有用,这类光学显微镜在生物医学方面有着广泛的应用。

激光在制造业中的许多应用也是利用了这一特性。

例如标记、切割、钻孔或者焊接金属等操作,都要求短时间内在金属的较小区域上聚集能量。

高功率激光器可以产生以脉冲形式呈现的相干光束,聚焦能力强,因此成为这些材料加工操作的理想选择。

由于这些特性,激光在医学方面也得到了很多应用,这次涉及了皮肤、牙齿和头发等材料,常见如激光矫正视力和激光牙科等。

激光也可以去除文身,利用激光加热皮肤里的文身墨水直到其被完全破坏。

激光也可以除毛——但很可惜的是激光并不能反过来让毛发再生。

其他一些人们所熟悉的设备,如CD、DVD、蓝光光碟(Blu-rayDisc)和一些计算机磁盘存储设备,也都是利用了激光的聚焦性能卓越这一特性,使得材料能够储存密度非常高的数据。

激光的颜色可以非常纯,因而可以利用光谱法来区分不同混合物中的原子和分子种类。

正如第1章所提出的,不同的原子甚至不同的分子,由于它们的结构不同,因此具有不同的吸收和辐射光的特征频率。

延伸一下我们本章中提出的类比,将这些原子和分子比作秋千,那么这些秋千中连接座椅的绳子长度不一,因此,这些原子或者分子的固有振**频率由它们在混合物中的组合方式所决定。

事实上,每个原子和分子都有不同的辐射和吸收的频率范围,对应着不同的电子构型的激发。

这些频率范围通常位于可见光光谱的蓝光区域,但有一些分子可吸收的光的波长要短得多,是人类不可见的。

许多分子也可以吸收比可见光的红光波长还长的光。

这种区别来自构成分子的原子核之间的振动。

由于原子核比电子重得多,所以它们倾向于以更低的频率振**。

这组频率相当于分子的一种“指纹”

,可用来确认分子类型。

当然,用这些“指纹”

所确立的目录在化学中是很重要的,因为通过它可以识别出化学反应中所涉及的不同元素。

它也被用于分子生物学;甚至在细胞生物学中,可以通过它来观察特定的标定分子,从而研究分子的运动。

这种“指纹”

对于天体物理学也相当重要,它可以确定恒星、星系、星云中存在的元素。

在大气物理学和气象学中,则可以遥测污染物和颗粒。

这种监测为评估气候变化的影响和成因方面提供了关键数据。

通过组合几个不同激光器所发出的激光,例如一个发出红光,一个发出绿光,一个发出蓝光,那么就有可能制造出一台激光投影仪。

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