雷射的速度 - 手錶

By Emily
at 2005-05-20T00:00

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雷射的速度到底有多快?
光速?音速?2倍音速?

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By Suhail Hany
at 2005-05-24T11:12

紅寶石雷射（Ruby Laser）在雷射發展歷史傳統上有其不可磨滅的意義，
其活性介質為紅寶石，其主要成分為三氧化二鋁，為白色，因摻雜少許 C_
r^{+3} ，所以為粉紅色。其生產方式為將材料加熱燒融長晶，棒子上為紅
寶石為seed(種子)，此種紅寶石只能當雷射棒，沒有裝飾的價值，不像自然
的紅寶石那麼值錢， C_r^{+3} 在紅寶石雷射中亦為活性離子，提供雷射光
躍遷能階。由于紅寶石本身亦為一雙折射晶體，可對雷射光之偏極特性加以
充分的利用，例如一般用電氣式Q 開關，能夠得到高品質之脈衝雷射光柱
。其激發方式為光激發，也就是吸收藍光、綠光、而放射出來紅光，頂多
只能做到激發和吸收機率相同，因此此時紅寶石棒形成透明。但紅寶石雷
射仍能輸出連續波。因為它在基態有一個能帶，形成類似四能階系統，但
條件是必須在溫度很低的情況才可以。保持低溫之方法是良好的冷卻系統
，不能過度激發。因為輸出連續波之紅寶石雷射能量很低，意義不大。
　
紅寶石雷射主要元件包括有：圓柱形的雷射棒，螺旋狀或線狀之閃光
燈，共振腔，以及半反射和全反射鏡片。它也需要Q 開關， ETLON ，及
APERTURE 來調整它的同調特性。此外，一些輔助的設備如高電壓電源供
應器，能量儲存器，閃光燈的快門開關，及水冷系統也是不可或缺的。紅
寶石雷射脈衝之時間通常只有幾 NS ，因此即使輸出只有 10 mJ ，如
換算成功率單位，仍然是數 mW 之高能量光柱，這點對量測方面可以說是
非常有用的。
目前紅寶石雷射之功用為：
1.治療斑紋、刺青：因其紅光穿透皮膚之效果非常好。
2.全像非破壞檢測：這也是因為紅寶石雷射在全像非破壞檢測
歷史傳統上已有其顛撲不破、積習難改的地位。雖然YAG雷射也許更適合
全像非破壞檢測，但至今仍有許多人採取習慣性的作法，而寧願選擇紅寶石
雷射從事全像非破壞檢測。
　
　3．軍用第一代雷射測距儀使用紅寶石雷射。
　4．中共於1964年就使用紅寶石雷射作手表打孔(機械錶)
YAG雷射
　　YAG雷射使用Nd-Yal:Garnet 石榴石，石榴石為紅色，但YAG ROD
卻是灰色，介質Nd 混入Nd O ，Y O ，Al O 成份與紅寶石類似，基礎
仍為氣化鋁，利用長晶技術，YAG棒可做得相當大，裁切均勻部份用為雷射
棒。
在實驗上，脈衝雷射有極高的峰值輸出功率，經聚焦後之雷射功率
密度足可造成針孔之損傷，因此一般不使用空間濾波器，而改用負焦距之透
鏡組以擴束雷射光。至于脈衝雷射輸出功率測量計也與一般功率測量計不同
，用來測量 CW 雷射的功率計大都使用矽光電池加上電流放大器來操作，
而測量脈衝雷射的功率計需使用積分器以求取在 nano \ second 數量級
之時間內脈衝雷射的輸出能量。在此我們介紹量子效率（QUANTU
MEFFICIENCY ，代表量子觀點下的效率) 插座效率(wall plug efficiency
，代表真正的效率)，對YAG雷射而言，是以閃光燈或弧光燈來激勵，例如
使用800nm的紅外光激勵，產生1060nm的輸出光線，此時量子效率高達800/
1060=0.8，這是YAG雷射效率之極致。而插座效率則只有1%，He-Ne 雷
射之插座效率也只有0.1%，Ar雷射之插座效率甚至0.1%不到。以半導體雷
射而言，其插座效率大於10%，所以性質優異。
Nd-glass雷射可視為 YAG雷射的兄弟，YAG雷射需長晶，造價較貴，但
Nd-glass之雷射棒是利用在玻璃上摻Nd，所以較便宜。Nd-glass雷射波長
為1059nm，很接近YAG雷射之波長1060nm，兩者不同處在於 Nd-glass 雷射
棒導熱差，只能輸出脈衝，但脈衝能量很高，達數10J，我們可將Nd-glass
雷射比做大砲，而YAG 雷射可視之為機關槍。常用之組合為將Nd-YAG 當
雷射共振器，而再用Nd-Glass 雷射實施光放大，取得最好的光束品質(mo
de TEMoo)，或單一頻率，或非常短的脈衝(Q-switch) 。一般常見於
在雷射核融合(Laser fusion)方面之運用， D+T ---> He+n，核融合需克
服位障，使用一個雷射共振器，而再用多個光放大器，主要可解決同步的
問題。中共、美國、英國、日本、俄國皆有雷射核融合研究，但用來作發
電，仍然不符合經濟效益，YAG雷射1%之效率實在太低了，
此外YAG 雷射之一大功用為激發染料雷射，因其優點為可利用晶體( Cr
ystal) 作倍頻，轉一圈再輸入頻率即為2倍、3倍，基本上YAG 雷射之輸出
1060nm ，無法激發染料雷射輸出之可見光，但二倍頻成為 530nm，成為
綠光，即可激發染料雷射輸出之黃紅色光，而三倍頻成為 355nm，成為紫
外光，即可激發染料雷射輸出之藍綠色光，而四倍頻成為 260nm，成為紫
外光，即可激發染料雷射輸出之紫外線。
　
　　
半導體雷射
紅寶石雷射
　　半導體雷射有如下的優點：
1．效率高（可達 20 ％），耗電少。
2．壽命長：有些光電量測廠商把量測設備中雷射的光源由最初的 He-Ne
雷射改成二極體雷射，以取得最佳的機器壽命（ He-Ne 雷射壽命一般為 1
0^4 HR，而二極體雷射壽命為 10^5HR ，相差十倍），特別適合現場長時間
的操作。半導體雷射一開機很快便穩定下來，又很合適用電路調制其輸出，
比如可使用脈波調制法量測距離（而 He-Ne 雷射必須開機三十分鐘後才穩
定下來，這點是萬萬比不上半導體雷射了）。
3．瞬間即可達到開關的作用，適宜通信用途。並且半導體雷射一開機很快
便穩定下來，又很合適用電路調制其輸出，比如可使用脈波調制法量測
距離（而 He-Ne 雷射必須開機三十分鐘後才穩定下來，這點是萬萬比
不上半導體雷射了）。
　
4．可得到各種波長：利用週期表中的Ⅲ／V 族，例如砷化鎵等化合物可
製成二極體雷射，當電流通過pn界面時，將因化合物的不同而發出各
種可見雷射光及不可見雷射光。半導體雷射只要改變組合元素的比例，便可改變不同的能量間隔，不同的能量間隔，提供了不同的輸出波長，由於具有紅外線及紅色波長，在通信及量測上很容易與各種感測器配合而得到很廣泛的用途。
5．機械性質方面：有堅固、體機輕的優點。
　　　唯因半導體雷射的光腔高度比波長還小，在共振腔中產生繞射的情形
非常明顯，因此它的擴束角相當大，大到一般可視作點光源來處理，亦即在
半導體雷射前加一個光學透鏡，使其又成為平行光束。但是半導體水平和垂
直兩方向的擴束角是不相等的，亦即它的光點是呈現著圖 2-8 (A) 橢圓的
形狀，因此尋常的一個透鏡並無法使其能夠產生一個正圓的平行光束，唯有
藉助或全像光學元件，才能得到一個近似正圓的平行光束，如圖 2-8(B)
。由於半導體雷射指向性不如 He-Ne 雷射，因此精密度稍遜。
　
但因半導體雷射的能量不大，所以目前正朝向高能量發展，例如用平板
形狀產生波導效應，或用面射型（　surface emitted　）半導體雷射則
能量可更大。
半導體雷射目前以通信用途為其主流，但事實上傳遞信號時常受到半導
體雷射本身雜訊 (NOISE) 的干擾，凡是不需要的信號都可稱之為雜訊，
半導體雷射就如一般的半導體電子元件，易於產生下列雜訊，應注意避免:
　
1．熱雜訊
熱雜訊是由 J.B.Johnson 所發現的，因此又常稱為 Johnson noise
，熱雜訊所產生電壓降之平均平方值與波茲曼常數、絕對溫度、響應的頻
率、以及元件之阻抗值(一般為頻率之函數)有關。
　
2．散粒雜訊
散粒雜訊通常存在于真空管中或半導體內，當電壓超過一定的臨界值而
電流流出呈現散亂的形狀，此一現象由 shottky 解釋為散彈的效果 (
shot effect) 。
3．接觸雜訊
接觸雜訊是指元件由不完全接觸而產生電阻之變化量，在一些主動元件
中也常稱為閃爍雜訊(flicker noise) 。此雜訊之電功率密度常與頻率
成反比率。

By Gilbert
at 2005-05-22T02:48

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By Ophelia
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By Susan
at 2005-05-20T02:00

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By Kristin
at 2005-05-23T06:49

以上意見....我都同意一一"

By Sarah
at 2005-05-20T17:48

答非所問，只有一個字能形容"爛"！

By Edith
at 2005-05-24T18:12

882.3倍光速= = 88萬倍音速才對
2006-08-03 10:58:48 補充：
最佳解答根本就是亂答發問者問的是雷射的速度

By Lydia
at 2005-05-20T16:41

前面兩個回答的有點...雷射是光波就是光的速度ㄚ,光的速度299792458 m/sec

By Rebecca
at 2005-05-22T10:41

雷射的速度就是光速阿
一秒鐘大約3*10^8
也就是大約一秒鐘可行進30萬公里
大約是882.3倍光速

By Robert
at 2005-05-20T09:53

1917 年已被著名的物理學家愛因斯坦發現，但要直到 1958 年激光才被首次成功製造。雷射的速度等於光速雷射是單色光，波長一致，而太陽光是混合光，所以可以說雷射光是一種很「純」的光。醫學院雷射醫學研究中心擁有的雷射共焦掃描顯微鏡就是用雷射光做為光源，能夠得到更好的解析度，並且能夠在活組織做光學切面，再利用電腦做影像的立體重組。直徑一公釐的雷射光束，射到一公里外時，直徑大約是10公分，而一般的光源容易散開，光度與距離的平方成反比。雷射的這個特性被用來做為遠距離的測量，光纖通訊，光束武器，精密加工，節日慶點的雷射秀，以及工程、環境、軍事、生物體等的遙測。有一次為社會治安而走的遊行曾經用雷射光將「認錯」兩個字投射到總統府的牆上，就是利用雷射的這個特性。

By Vanessa
at 2005-05-21T04:27

好像是真ㄉ耶~~

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