從牙醫的辦公室到科幻電影，到處都在使用雷射。但是它們是怎樣運作的？為什麽雷射不同於普通的手電筒？
雷射是如何工作的？
雷射的日常用途有很多，從牙科和紋身消除到印刷和CD播放機（劃重點，要考）。它們也經常出現在科幻電影中，就像星際大戰中著名的光劍一樣。
然而，雷射不是普通的光。它們都是單色和連續的，這些特殊的屬性讓我們能夠用獨特的方式使用它們，這是常規手電筒或燈泡所不可能實現的。
那麽雷射到底是什麽呢？ 它們是如何工作的？ 讓我們來看看雷射如何幫助我們糾正我們的視力，以及為什麽我寧願用光劍而不是用手電筒來打架。
原子的結構
為了了解雷射是如何工作的，我們首先要看一下原子。我們每天與之互動的一切 - 你坐的椅子，你呼吸的空氣，甚至我們的身體 - 都是由被稱為原子的小顆粒組成的。如我們所熟知的元素周期表中所示，僅存在約100種不同的原子。不同的材料由這些元素的不同組合而構成。
每個原子包含一個原子核（由質子和中子組成）和不斷繞原子核運動的電子。原子具有一個最低級能量狀態，一個不需要任何額外的能量來維持的狀態，即基態，其中的電子軌道最接近原子核。這些電子也可以被碰撞或被刺激跳躍到更高的能級軌道，從而認為原子此時處於“激發”的能量狀態，即激發態。
因為量子力學的運用，我們現在知道原子的這種觀點有點簡化，並且電子實際上不可能在離散的，明確定義的軌道中行進。然而，這樣的設想仍然是一個有用的描述，將用於像電子這樣的微粒物理學，與我們每天經歷的物理定律聯繫起來。為了將電子激發到更高能量的狀態，所需要的只是能量，通常是光或熱的形式。
當所有電子決定再次放鬆時，當原子以光子或光波的形式釋放能量時，它們就可以回到低級能量的狀態。電子的起始和終止軌道之間的能量差決定了被釋放的光子的能量，而光子的能量又決定了發射光的波長或顏色。
什麽是雷射以及它是如何工作的？
您可能還記得來自語法中“雷射”這個詞實際上是一個縮寫詞。它代表由激異塵餘生的光放大（用英語讀），這是不是很饒舌？
所有這一切中的關鍵詞都是“刺激的”。這就是雷射與普通光的形式的區別。例如，當您打開普通手電筒時，光線會向所有方向離開，並在隨機時間點亮，產生的光是漫射的（或展開的）並且是相對較弱的。
另一方面，雷射是“連貫的”，意味著所有光子一致地並且在一個方向上離開，這種有序的射出產生了更窄，更強烈的光束。那麽如何讓光子遵循這樣嚴格的行動命令呢？
讓我們回到對原子的描述中去。當電子從激發能態移回低能級狀態時，會釋放出具有特定能量的光子，產生光子的能量等於兩個能級之間的能量差（即原子的基態和激發態之間的能級差）。
如果釋放的光子遇到處於相同激發態的另一個電子，它可以通過發射具有相同能量（顏色）和相位（相對位置）的光子來觸發第二能級的電子也跳回到基態。如果有足夠的電子處於激發態，則第一個光子的發射可以從受激發射的鏈式反應開始。當電子向下躍遷到它們的低級能量狀態時會發射更多的光子，並且那些新發射的光子反過來刺激更多光子的發射。所有這些發射光具有相同的能量，因此具有相同的波長，單一波長或顏色的光稱為單色。
這種連鎖反應實際上是雷射器的工作方式。原子被“泵浦”或大量的電子通常被迫進入比基態高2-3級的能級，這種泵浦通過強大的閃光或電脈衝完成。一旦發射出第一個光子，雷射器另外還有兩個反射鏡，用於在雷射介質（也就是帶有所有激發電子的原子）上來回反射雷射。具有恰當能量的發射光子通過泵浦原子返回，這些光子就會反過來刺激更多光子的發射。
這簡直就是一個光子派對啊！
雷射的聚焦特性使其成為精確，銳利線條時切割所需要的理想工具。這個要求經常在與人體打交道時發揮作用，無論是為了更好的視力而切割我們的角膜，重塑牙齒，還是消除紋身。
然而，我在雷射中看到的最酷的用途之一就是天文學。當天文學家通過他們的望遠鏡觀察到像星星這樣的遙遠物體時，我們觀察到的光在穿過地球湍流和凌亂的大氣層時會變形。有時很難破譯圖像中恆星的存在是否失真，或者它是否只是一個應該被減去的觀看效果。
圖解：這張圖中的藍色恆星是所謂的藍掉隊星，它們是出現在赫羅圖上的左上角。
解決這個問題的一種方法就是自適應光學技術：天文學家在觀察他們感興趣的物體的同時觀察到一顆非常明亮的物體（通常是附近的恆星），由於他們已經知道了比較對象所期望的圖像，因此他們會查看他們實際觀察到的圖像，然後模擬大氣層正在做什麽。然後使用該大氣模型實時調整望遠鏡的光學系統，方便在觀察目標時平衡大氣的影響。
然而，並不總是有一個很好的，明亮的比較對象靠近你想要觀察的東西。當發生這種情況時，天文學家可以通過向天空射擊雷射來製造自己的恆星！這些男人（或女人）製造的明星被稱為雷射導星，可以瞄準任何需要的地方。
這一集的靈感來自皮尤研究中心網站上一個有趣的科學和技術測驗，除去性別和年齡組，你可以看到你的結果如何與其他測驗者直接比較。關於雷射的第二個問題是最有可能被錯誤回答的問題！你肯定很好奇這一問題，那麽最經常被回答錯誤的問題是哪種氣體構成了地球大部分的大氣層。大多數人認為它是氧氣，但它實際上是氮氣。
參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學名詞
3. Sabrina Stierwalt- quickanddirtytips-落花時節
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