浅谈激光器发展历程及在音响产品中的应用探究

肖军

摘要：激光器从发明到渐渐深入发展，激光技术现如今不仅取得巨大发展，而且在工业和群众生活等领域得到广泛应用。本文主要介绍了激光器的发展历程以及探究新的应用领域。

关键词：激光器历史 激光器分类 激光器应用 在音响产品中的应用

引言

1960年7月，梅曼成功研制全球首台红宝石激光器，此后的五十多年，在激光研究领域，很多学者和专家解决了诸多的技术瓶颈，取得了巨大的科研成就。自从成功发明激光之后，由于人们发现激光有着自身的独特属性。其中包括：极佳的方向性和单色性、亮度高、时空相干性强等。由此得到很多科学家们的密切关注。在广大专家们的努力之下，如今的激光装置无论从实现机制、还是从生产工艺角度来看，都已迈入成熟期。迄今为止，激光除了在军事领域应用广泛之外，其军转民技术也得到深入发展。

一、激光器的发展历程

1917年，爱因斯坦基于光量子假设，认为光的辐射性质有两种：自发辐射和受激辐射。这为受激辐射光的研制提供了重要的理论预言支持。1928年，德国的R，Ladenburg，H.Kopferman利用实验，成功证明了爱因斯坦的观点。到二十世纪五十年代，利用实验，进一步对粒子数反转现象给予了验证，并提出爱激辐射放大理论，由此进一步预见粒子数翻转体体系。或许能够对入射电磁场形成受激放大作用。随后不久，这种可能性在无线电子微波技术领域得到验证。1954年，基于氮分子气体的微波量子放大装置被成功研制，获得了高度相干的微波束。1957年9月。美国学者C.H.Townes首次大胆提出光频受激辐射假设，2月后，该国R.G.Gould学者不仅提出这种受激辐射假设，同时还给出了相应的证据。随后开始有更多专家提出诸多类型的激光器，1958年A.L.肖洛和C.H.汤斯将微博量子放大装置实现机制，进一步应用于光频领域，并由此给出了激光产生的方法。而在1960年，T.H.梅曼等学者，成功研制出全球首台红宝石激光装置，一年后，A.贾文等学者，则成功研制处氦氖激光装置。1962年R.N.霍耳等学者，则开发了半导体激光装置，其半导体材质为砷化镓。这种发展速度在科技史上也是极为罕见的，相关的激光理论及其应用也快速的迈入成熟期。

二、激光器的分类

激光器的种类有很多，以下基于激光工作物质、运转方式、激励方式、输出波长范围等层面展开分析。

1.按工作物质分类：①固体激光器。其材质主要为玻璃或者晶体。其实现机制为：将那些可以形成受激辐射作用的金属离子，融入至晶体或者玻璃材质，由此形成发光中心，进而产生激光。②气体激光器。这是一种基于气体的受激辐射效应，从而实现激光的装置，它又可以进一步细分成原子、离子、分子、准分子等气体激光器：③液体激光器。这种装置的受激辐射材料主要两种：第一。有机荧光染料溶液；第二，无机化合物溶液且内涵稀土金属离子。后者如钕离子，它肩负的为粒子功能，而前者，如SeOCI溶液，肩负的为基质功能。④半导体激光器。这类装置中，产生受激辐射作用的是半导体材质，具体实现机制为：采用电注入、高能电子束注入等激励模式，让半导体的能带之间，或者其能带和杂质能级之间，利用激发非平衡载流子完成粒子数反转的实现。由此便可形成光受激发射效应。⑤自由电子激光器。该装置相对特殊，其基质为定向自由电子束，而且它还需要在周期变化的磁场中能够进行高速运动。只需将其速度进行调整，便可让生成的相干电磁辐射拥有可谐调性，并能使之从X射线波段。渐入至微波区。

2.按运转方式分类：①连续激光器，其特点体现无论是物质的激励还是激光输出都具有连续性，且维持的时间长度较长。譬如，连续光源或者电激励模式的固体和气体、半导体激光装置，都可以纳入此类。②单次脉冲激光器。这类装置的激励和激光发射。从时间视角来看，皆为单词脉冲过程。实际上普通的固体、液体或部分气体激光装置。都隶属此类。③重复脉冲激光器。其输出的为重复性激光脉冲，所以其激励方式为重复脉冲，如果使用连续方式进行激励，就需要给出相应的调制，使之产生重复脉冲，进而实现激光的输出。④调激光器。这是一种基于开关技术产生的脉冲激光装置，其输出功率相对较高。实现机制为：基质中的粒子数反转产生之后。通过开关装置对其进行管控，使之粒子数规模达到一定集聚度之后，再突然启动开关，于是在极端时间之内，形成更高功率的激光输出。⑤锁模激光器。这类装置引入了锁模技术，由于共振腔之内，在不同纵向模式下，具有明确的相位关系，于是在一系列时间上，就能够产生等间隔的激光脉冲（超短型）。

3.按激励方式分类：①光学激励（光泵）。借助于外部光源对基质粒子进行辐照，使得粒子数反转。其光泵主要由放电光源和聚光器构成，前者主要有氙灯、氪灯。②气体放电激励。粒子数反转直接通过气体放电过程实现。其构成为放电电源和电极。③化学激励。粒子数反转的产生借助于的是工作基质中的化学反应，也就是说，需要配置相应的化学原料。④核能激励。粒子数反转的产生，借助的是核裂变所构成的高能粒子或者放射线对工作基质进行激励。

4.按输出波长范围分类：①远红外激光器。其波长为0.025至1毫米之间。②中红外激光器。其激光波长为2.5至25微米区间。③近红外激光器。其波长在0.75至2.5微米之间，处于近红外区。④可见激光器。其波长处于可见光段（4000～7000埃或0.4～0.7微米）的激光装置⑤近紫外激光器，其波长位于近紫外区（2000～4000埃）。⑥真空紫外激光器，其波长在真空紫外区（埃）⑦X射线激光器。其波长在X射线谱区（埃）。

三、激光器的应用

不同的應用领域对激光技术有不同的要求。促进了激光器技术的不断发展。在技术应用上激光有着广泛的市场。如民用工业、医疗、农业的领域，军工领域以及延伸的新兴领域，如在音响产品中的应用等。

1.激光器技术应用在工业上的材料加工处理（包括退火、制作合金、淬火和材料切割等）、光通讯、测距、计量标准、医疗技术的新工具、太阳能人造卫星的能量聚束、核聚变管控、离析同位素、激光打印机、激光复印机；农业上用激光辐照种子和植株提高产量；以及军事上的激光武器、目标照明、空间通风系统等。

2.激光器技术在音响产品中的应用：（1）它是应用在专业音响领域，可以进行音响的安装定位。可以对音箱的轴向扩声指向进行定位，可以借助于提升无源音频信号采集电路、音频电力转换和激光模块等，实现高位区音箱的固定安装。此时，可以借助于音源播放装置，将一种特定音频信号，利用功放将其布置于音响内部电路，然后对其内置的激光发射装置进行驱动。给出相应的激光定位光束。将其投射至音响需要达到的扩声区域，从而降低了该音箱在具体安装过程中的定位难度，提高了安装精度及安装的效率，安装成本也会显著降低。（2）它的技术方案是：在音箱内置增加了由单片机控制的信号采集电路，而该电路是基于高阻值状态，并在喇叭的负载两端进行并联，从而保障其音箱音质不会受到负面影响。对应的采集电路，只需要辨识到足够大的音频信号，就能通过音频电力转换模块为单片机提供稳定能源供给。在此阶段，没有对特定音频信号进行设定，相应的激光装置处于停工状态，这样，听众在聆听音乐之时，不会有光束进行干扰。只有在固定音箱时，采集电路获取播放装置给出的足够大特定音频信号之后。才会启动相应的激光供电模块，让激光装置工作，给出相应的激光光束并用来定位。而激光发射口，则是利用特定装置，固定在音箱前面板的几何中心，这样光束的定位精确性就能得到保障。进而为音箱扩声指向区域的自动定位提供技术支持。

（单片机控制的信号采集电路原理图）

四、总结

激光技术的应用，正极大促进人类和物质文明的持续发展，极大程度上解放了人类的生产力。发展与普及激光技术，从而把人类文明带入一个新的高度，有着十分重要的意义！