淺談激光器發展歷程及在音響產品中的應用探究

肖軍

摘要：激光器從發明到漸漸深入發展，激光技術現如今不僅取得巨大發展，而且在工業和群眾生活等領域得到廣泛應用。本文主要介紹了激光器的發展歷程以及探究新的應用領域。

關鍵詞：激光器歷史 激光器分類 激光器應用 在音響產品中的應用

引言

1960年7月，梅曼成功研制全球首臺紅寶石激光器，此后的五十多年，在激光研究領域，很多學者和專家解決了諸多的技術瓶頸，取得了巨大的科研成就。自從成功發明激光之后，由于人們發現激光有著自身的獨特屬性。其中包括：極佳的方向性和單色性、亮度高、時空相干性強等。由此得到很多科學家們的密切關注。在廣大專家們的努力之下，如今的激光裝置無論從實現機制、還是從生產工藝角度來看，都已邁入成熟期。迄今為止，激光除了在軍事領域應用廣泛之外，其軍轉民技術也得到深入發展。

一、激光器的發展歷程

1917年，愛因斯坦基于光量子假設，認為光的輻射性質有兩種：自發輻射和受激輻射。這為受激輻射光的研制提供了重要的理論預言支持。1928年，德國的R，Ladenburg，H.Kopferman利用實驗，成功證明了愛因斯坦的觀點。到二十世紀五十年代，利用實驗，進一步對粒子數反轉現象給予了驗證，并提出愛激輻射放大理論，由此進一步預見粒子數翻轉體體系。或許能夠對入射電磁場形成受激放大作用。隨后不久，這種可能性在無線電子微波技術領域得到驗證。1954年，基于氮分子氣體的微波量子放大裝置被成功研制，獲得了高度相干的微波束。1957年9月。美國學者C.H.Townes首次大膽提出光頻受激輻射假設，2月后，該國R.G.Gould學者不僅提出這種受激輻射假設，同時還給出了相應的證據。隨后開始有更多專家提出諸多類型的激光器，1958年A.L.肖洛和C.H.湯斯將微博量子放大裝置實現機制，進一步應用于光頻領域，并由此給出了激光產生的方法。而在1960年，T.H.梅曼等學者，成功研制出全球首臺紅寶石激光裝置，一年后，A.賈文等學者，則成功研制處氦氖激光裝置。1962年R.N.霍耳等學者，則開發了半導體激光裝置，其半導體材質為砷化鎵。這種發展速度在科技史上也是極為罕見的，相關的激光理論及其應用也快速的邁入成熟期。

二、激光器的分類

激光器的種類有很多，以下基于激光工作物質、運轉方式、激勵方式、輸出波長范圍等層面展開分析。

1.按工作物質分類：①固體激光器。其材質主要為玻璃或者晶體。其實現機制為：將那些可以形成受激輻射作用的金屬離子，融入至晶體或者玻璃材質，由此形成發光中心，進而產生激光。②氣體激光器。這是一種基于氣體的受激輻射效應，從而實現激光的裝置，它又可以進一步細分成原子、離子、分子、準分子等氣體激光器：③液體激光器。這種裝置的受激輻射材料主要兩種：第一。有機熒光染料溶液；第二，無機化合物溶液且內涵稀土金屬離子。后者如釹離子，它肩負的為粒子功能，而前者，如SeOCI溶液，肩負的為基質功能。④半導體激光器。這類裝置中，產生受激輻射作用的是半導體材質，具體實現機制為：采用電注入、高能電子束注入等激勵模式，讓半導體的能帶之間，或者其能帶和雜質能級之間，利用激發非平衡載流子完成粒子數反轉的實現。由此便可形成光受激發射效應。⑤自由電子激光器。該裝置相對特殊，其基質為定向自由電子束，而且它還需要在周期變化的磁場中能夠進行高速運動。只需將其速度進行調整，便可讓生成的相干電磁輻射擁有可諧調性，并能使之從X射線波段。漸入至微波區。

2.按運轉方式分類：①連續激光器，其特點體現無論是物質的激勵還是激光輸出都具有連續性，且維持的時間長度較長。譬如，連續光源或者電激勵模式的固體和氣體、半導體激光裝置，都可以納入此類。②單次脈沖激光器。這類裝置的激勵和激光發射。從時間視角來看，皆為單詞脈沖過程。實際上普通的固體、液體或部分氣體激光裝置。都隸屬此類。③重復脈沖激光器。其輸出的為重復性激光脈沖，所以其激勵方式為重復脈沖，如果使用連續方式進行激勵，就需要給出相應的調制，使之產生重復脈沖，進而實現激光的輸出。④調激光器。這是一種基于開關技術產生的脈沖激光裝置，其輸出功率相對較高。實現機制為：基質中的粒子數反轉產生之后。通過開關裝置對其進行管控，使之粒子數規模達到一定集聚度之后，再突然啟動開關，于是在極端時間之內，形成更高功率的激光輸出。⑤鎖模激光器。這類裝置引入了鎖模技術，由于共振腔之內，在不同縱向模式下，具有明確的相位關系，于是在一系列時間上，就能夠產生等間隔的激光脈沖（超短型）。

3.按激勵方式分類：①光學激勵（光泵）。借助于外部光源對基質粒子進行輻照，使得粒子數反轉。其光泵主要由放電光源和聚光器構成，前者主要有氙燈、氪燈。②氣體放電激勵。粒子數反轉直接通過氣體放電過程實現。其構成為放電電源和電極。③化學激勵。粒子數反轉的產生借助于的是工作基質中的化學反應，也就是說，需要配置相應的化學原料。④核能激勵。粒子數反轉的產生，借助的是核裂變所構成的高能粒子或者放射線對工作基質進行激勵。

4.按輸出波長范圍分類：①遠紅外激光器。其波長為0.025至1毫米之間。②中紅外激光器。其激光波長為2.5至25微米區間。③近紅外激光器。其波長在0.75至2.5微米之間，處于近紅外區。④可見激光器。其波長處于可見光段（4000～7000埃或0.4～0.7微米）的激光裝置⑤近紫外激光器，其波長位于近紫外區（2000～4000埃）。⑥真空紫外激光器，其波長在真空紫外區（埃）⑦X射線激光器。其波長在X射線譜區（埃）。

三、激光器的應用

不同的應用領域對激光技術有不同的要求。促進了激光器技術的不斷發展。在技術應用上激光有著廣泛的市場。如民用工業、醫療、農業的領域，軍工領域以及延伸的新興領域，如在音響產品中的應用等。

1.激光器技術應用在工業上的材料加工處理（包括退火、制作合金、淬火和材料切割等）、光通訊、測距、計量標準、醫療技術的新工具、太陽能人造衛星的能量聚束、核聚變管控、離析同位素、激光打印機、激光復印機；農業上用激光輻照種子和植株提高產量；以及軍事上的激光武器、目標照明、空間通風系統等。

2.激光器技術在音響產品中的應用：（1）它是應用在專業音響領域，可以進行音響的安裝定位。可以對音箱的軸向擴聲指向進行定位，可以借助于提升無源音頻信號采集電路、音頻電力轉換和激光模塊等，實現高位區音箱的固定安裝。此時，可以借助于音源播放裝置，將一種特定音頻信號，利用功放將其布置于音響內部電路，然后對其內置的激光發射裝置進行驅動。給出相應的激光定位光束。將其投射至音響需要達到的擴聲區域，從而降低了該音箱在具體安裝過程中的定位難度，提高了安裝精度及安裝的效率，安裝成本也會顯著降低。（2）它的技術方案是：在音箱內置增加了由單片機控制的信號采集電路，而該電路是基于高阻值狀態，并在喇叭的負載兩端進行并聯，從而保障其音箱音質不會受到負面影響。對應的采集電路，只需要辨識到足夠大的音頻信號，就能通過音頻電力轉換模塊為單片機提供穩定能源供給。在此階段，沒有對特定音頻信號進行設定，相應的激光裝置處于停工狀態，這樣，聽眾在聆聽音樂之時，不會有光束進行干擾。只有在固定音箱時，采集電路獲取播放裝置給出的足夠大特定音頻信號之后。才會啟動相應的激光供電模塊，讓激光裝置工作，給出相應的激光光束并用來定位。而激光發射口，則是利用特定裝置，固定在音箱前面板的幾何中心，這樣光束的定位精確性就能得到保障。進而為音箱擴聲指向區域的自動定位提供技術支持。

（單片機控制的信號采集電路原理圖）

四、總結

激光技術的應用，正極大促進人類和物質文明的持續發展，極大程度上解放了人類的生產力。發展與普及激光技術，從而把人類文明帶入一個新的高度，有著十分重要的意義！