鐳射光的原理 第一章

今天，鐳射光已被應用到很多的日常用品及工商業領域上去了。在 CD 機裡，牙醫師診所裡，金屬切割工具中，測量器具內．．．等等，你都會找到它的影跡。到底它是什麼來的呢？它與一支普通手電筒射出來的光又有什麼不同呢？

原子的基礎知識
要明白鐳射是怎麼樣造出來，就得首先要明白原子的基礎知識。從 RAE 自學篇 的第一篇中得知，在整個宇宙之中，直至目前為止，科學家一共發現了大約有一百多種不同的原子存在著。我們所見及所接觸到的每一個物質全部都是由這一百多種原子經由無數的組合而成。這些不同的原子以各種各樣的組合成份就形成了今天我們所見的一杯汽水，一艘船，一間屋．．．．甚至一隻馬。

而原子是在任何情況之下都是在運動狀態之中的。它們不停地在震動和繞轉。就算你我現在坐著的椅子中的原子也是不停地在運動之中。即是說，固體原來也是在移動中的，只是我們察看不到而已。在這種情況下，不同的原子會有不同的運動狀態，有些移動得快些，另一些刞慢一些。換言之，它們是擁有不同的能量層次。一般在穩定的狀況之下，它們原有的能量層次就叫做原始層次（ground-state energy level）。如果我們對它們施加外在的能量去激勵它們的話，它們就會跳上一個激勵層次(excited level)。至於激勵層次的高低就要視乎所施加的外在能量的大小而定了。 而施加外在能量的途徑包括有熱，光和電。

左圖 Fig.1 是一粒典型的原子結構圖。它包含了一個原子核（內有中子和質子）和一層層以不同軌跡包圍著原子核旋轉的電子層，而這些不同層次的電子層中的電子就各自擁有不同的能量了。當我們對一個這樣的原子施加熱力的話，某一些在低能量層次的電子就會因賺得能量而跳升至較為遠離原子核的高能量層次裡去了。雖然這個說法是簡單了一些，但亦不失為一個用來解釋鐳射光的工作原理的一個易明的基礎知識。

然而，當一粒電子因吸收了能量而跳升至高能量層後，它最終也是會要回復到原始層次來保持其本來的穩定特性的。這時，在這個回復的過程中，原子就會把那些外加的能量以光子的形式釋放開來。這個現象其實大家在日常的生活中時常都會接觸到，例如電暖爐中的發熱線，它之所以在通電後會發出紅光來，就是因為電能把發熱線金屬的原子激勵至高能量層次，然後在它們回復至原始層次時釋放出紅色光子而產生的。在這個持續施加電能又由高能量層回復至原始層次的往還過程裡，紅色的光子就不停地被釋放出來而成為我們所見到的紅光了。另一個例子就是電視和電腦的螢光屏幕，你在螢光幕前所看見的其實是被高速電子槍激勵了而釋出不同顏色光子的磷(phosphorus)原子來。總括來說，任何人造的發光器具，包括光管，燈泡．．．等都是透過以上原子裡電子在不同能量層次間來回而釋出光子的形式而成。

第二章