主题：激光知识问答，请大家点菜，呵呵 -- 吾富有钱时
家园 想问一下 吾兄写的好，只是中间有个地方不明，想问一下。
中间谈到激光技术在化学上的应用时，谈到“一是材料的制备和加工；二是分析和探测......”
最后的一个分析，实际上还是漏了一个方面：微观反应。
所谓的微观反应，就是研究在个别分子在极短的时间内的行为。激光由于能在极短的时间内达到较高的能级，就用来这个方面的研究。
两年前上有机化学的时候一个大牛讲过，现在记不得了。
能讲讲么？
家园 哇，如此详细，，太感谢了！ 来晚了来晚了，看得很过瘾，解说得非常好！双挑大指：专业就是专业，不承认那是绝对不行地
不过，看了老兄的回答，新问题又成堆出现了。这弄的我很矛盾：我问问题简单，十个字五个字一问；老兄要回答起来，恐怕几十个字都未必能说清楚——明显对回答问题的老兄不公平啊。。
可还是忍不住……
这样吧，我问几个实在看不明白的，老兄愿意回答哪个都成，不知可以不？
1、液相的染料激光器，可以改变输出激光的波长。
这是怎么回事？是说通过染料本身的不同颜色，可以生成不同颜色的激光么？这个染料在其中，是不是只起了个“染”的作用？或者，同一配方成分染料制作的激光器，仍然可以输出不同波长/颜色的激光？
2、气体激光器中的准分子激光，没有基态，只有激发态。
为什么呢？如果不受激也能辐射出激光，是不是说明这个介质的状态非常不稳定？记得物理上说，某些处于跃迁态的粒子，似乎就很有往基态“堕落”的动力。。那这个介质，能够稳定存在么？粒子数反转布居状态，又是什么？
3、红宝石激光器和蓝宝石激光器，其工作介质并不是宝石而是其中掺杂的金属离子。
那么，是不是说宝石只是介质分布的平台？如果是这样的话，如果在人工合成的宝石中按比例掺入特定成分的离子，是不是就能制造出不同的激光？如果是，那么在同一宝石中掺入不同的几种成分，会出现啥激光呢？
4、气体激光器电极容易变质。
这个电极变质，是不是类似于电工上的触点氧化现象，或类似于日光灯管两头发黑的现象？具体又是怎么形成的？变质想必是不好的，但又是如何影响激光器发光效率的？
5、激光诱导沉积是制备纳米材料的一个方法。
这个……具体是怎么回事呢？
6、第二方面是分析和探测。一个很大的应用方面是近场光学显微镜和共聚焦显微镜。
这两种显微镜的原理有什么不同么？换句话说就是。。这俩显微镜都是靠什么原理工作的啊？
7、利用激光的短脉冲特性，高能量密度特性，单色性（有时需要，但不是必须），可以分析化学物质的吸收，荧光，磷光，拉曼，光电子能谱等等不同的谱学性质，以得到详细的结构信息。
在这方面，如果用普通短脉冲可见光会有什么不同？如果是用X线呢？所得到结果的差异，是类似于光学望远镜和红外望远镜、射电望远镜之间的差异，还是仅仅“纯化”了使用可见光进行试验的结果？
……够贪得无厌的，估计老兄脑袋又大了吧？
实在是好不容易抓住个懂行的，老兄千万别恼火啊……另外，老兄工作繁重，能回答多少就回答多少，回答不了，也没关系的：）
最后，对老兄的详细解答，和认真的精神，鲜花一朵，表示迟到的感谢！
家园 染料激光也可以是固体，宝石各不同 1）传统的激光理论是三能级激光，激光介质的能级是分立的，染料分子有很宽的连续能级，可以通过调节谐振腔长度在一定范围内选择波长。过去常用液体染料，稳定性不好，系统复杂。现在使用固体染料-所谓色心晶体了。
2）宝石和宝石可不同。最早的激光是红宝石激光，典型的三能级。现在，飞秒激光用的钛宝石其实是固体染料，能谱很宽的。
3）飞秒激光和传统激光原理不同。传统的激光是单色的，放大只是能量放大。即使是用钛宝石的固体染料激光，仍然是工作在一个单色的特定谱线上。而现在时髦的钛宝石飞秒激光则利用了它很宽的能级，飞秒脉冲先被展宽到纳秒降低强度，其光谱宽度有30多个纳米（绝对不是单色的），然后利用钛宝石的很宽的光谱范围内进行能量放大，放大后的激光脉冲要重新压缩回飞秒。
家园 又来了一个同行，紧握你的手，再摇一摇！ 钛宝石激光器确实就是个固体染料激光器。我桌子底下就有一个小钛宝石，用YAG二倍频泵，出740～900。但是太粗糙，不稳定，没人爱用它。
不过我倒是不了解红宝石激光器什么具体原理，和蓝宝石有很大不同吗？不是Cr离子发光吗？
“飞秒激光和传统激光原理不同。传统的激光是单色的，放大只是能量放大。即使是用钛宝石的固体染料激光，仍然是工作在一个单色的特定谱线上。而现在时髦的钛宝石飞秒激光则利用了它很宽的能级，飞秒脉冲先被展宽到纳秒降低强度，其光谱宽度有30多个纳米（绝对不是单色的），然后利用钛宝石的很宽的光谱范围内进行能量放大，放大后的激光脉冲要重新压缩回飞秒。”
不过我要挑你毛病啦，你这段话说的逻辑有点乱。飞秒激光光谱宽是必然，非超短脉冲（连续到皮秒）工作在单波长（单模或近似单模）就不是必然了，只是可以做到，是一个优势。比如染料激光器，纳秒脉冲。为什么染料池要倾斜于光路放置呢？就是为了让染料池壁形成的自发激光偏离开主光路，好让选波长的光栅起作用。
纳秒的钛宝石也有类似的选波长的结构。
家园 确实如此，谢谢指正~~~~~ 在追求功率的场合会用宽频或多波长模式的，比如Coheret公司的INNOVA+CR-系列，前者是Ar激光作为泵浦激光，为了提高输出功率，可以工作在多波长模式，但后面染料激光的模式就不好了。后面的环型染料激光可以工作在宽频模式，加了稳频器之后才能锁定在10MHz的窄频模式。不过，现在许多染料激光器都改用钛宝石了。
红宝石（Al2O3掺Cr2O3）是典型的三能级系统，激光是Cr3+的能级间跃迁。
染料斜置一个目的是为了提高非选择谱线的损耗，另一个目的是偏振。
---另，俺那个山田不平太郎的马甲不用了，网上有爱国青年攻击汉奸~~~~~~~
家园 还好，没超范围，呵呵 1、液相的染料激光器，可以改变输出激光的波长。
这是怎么回事？是说通过染料本身的不同颜色，可以生成不同颜色的激光么？这个染料在其中，是不是只起了个“染”的作用？或者，同一配方成分染料制作的激光器，仍然可以输出不同波长/颜色的激光？
这里说的染料，不是单指染衣服的染料色素，而是指发光的荧光染料。当然他们最初的来源是一个——植物色素。比如现在还在广泛使用的香豆素系列，来源就是青草。在割草的时候我们能闻到一股特有的草味，那就是香豆素的味道。有机化学发展到今日，已经制造出了无数的发光染料。它们可以吸收光，然后在它特有的发射谱段发光。这样，把染料池放到谐振腔中，利用激光激发染料溶液，就可以产生染料的激光。每种染料都可以发射较宽范围的激光波长，通过腔内的光栅进行选择振荡，就可以出不同波长的激光。超过了一种染料的有效范围，还可以换其它的染料。我现在就在用一台染料激光器。紫外和近紫外可以使用PBBO和exalite系列,蓝光和绿光可以使用各种香豆素，红光可以使用各种罗丹明，DCM，现在我用的是近红外（800 nm），染料是LDS821，有效输出范围是790～940（大概齐的）。
2、气体激光器中的准分子激光，没有基态，只有激发态。
为什么呢？如果不受激也能辐射出激光，是不是说明这个介质的状态非常不稳定？记得物理上说，某些处于跃迁态的粒子，似乎就很有往基态“堕落”的动力。。那这个介质，能够稳定存在么？粒子数反转布居状态，又是什么？
粒子数反转是形成激光的必要条件，因为只有反转了，辐射才能大于吸收，增益大于损耗才有可能实现。所说的反转就是指激发态的粒子数大于基态的粒子数。一般的体系，基态是稳态，激发态是不稳态，那么，只有受激发的很短一瞬间才能形成粒子数反转。准分子激光器很特殊，一氟化氪激光器为例，说氟化氪，并不是说工作物质是氟化氪，因为氟化氪分子并不存在。这个分子在基态没有分子轨道，也就是布居数是零。但是它的激发态却是存在的。那么当氟原子和氪原子（或是其中之一）被电给打晕了，达到激发态（上停了）之后，就有形成激发态分子的趋势。形成的激发态分子就有辐射发光回到基态的趋势。这时就形成了自然的粒子数反转，因为一旦激发态分子辐射能量回到基态，那么立即就会分解掉而不以氟化氪分子的形式存在。在这个体系中，只有激发态的分子，而没有基态的分子，所以叫准分子激光。
3、红宝石激光器和蓝宝石激光器，其工作介质并不是宝石而是其中掺杂的金属离子。
那么，是不是说宝石只是介质分布的平台？如果是这样的话，如果在人工合成的宝石中按比例掺入特定成分的离子，是不是就能制造出不同的激光？如果是，那么在同一宝石中掺入不同的几种成分，会出现啥激光呢？
这么理解基本是对的。没人会掺几种不同的离子，如果掺了，我想是其中寿命最长，能量最低的那个态得到发光机会。不过要是那个大陷阱得到了能量却不能发光，那这就是个死体系了。
4、气体激光器电极容易变质。
这个电极变质，是不是类似于电工上的触点氧化现象，或类似于日光灯管两头发黑的现象？具体又是怎么形成的？变质想必是不好的，但又是如何影响激光器发光效率的？
具体怎么形成的我不十分清楚，肯定不是工作气体和电极反应得到的。但是你可以这样想，玻璃是什么？氧化物，石英也是氧化物。有氧就会有氧气出来，再少也会出来一点。这可能就是氧化的原因吧。
5、激光诱导沉积是制备纳米材料的一个方法。
这个……具体是怎么回事呢？
这个方向我知道两个不同的东西。一种是用激光打原材料，使原材料中的原子气化飞出来，然后到基板上沉积。和普通的热沉积相比，可以通过激光的波长选择性的蒸发原材料中的某种成分，得到的沉积物纯度等级要高。另一个是再溶液中，用激光打片基，片基表面会带电荷，这个电荷就会吸引溶液中悬浮的颗粒沉积到它的表面。这两个方式风马牛不相及，应该是各有各的名字，但是我现在弄混了，分不清了。前一种方法应用广泛，后一种是奇技淫巧，小打小闹而已。
6、第二方面是分析和探测。一个很大的应用方面是近场光学显微镜和共聚焦显微镜。
这两种显微镜的原理有什么不同么？换句话说就是。。这俩显微镜都是靠什么原理工作的啊？
这可不是一句两句能说完的。两个显微镜和普通光学显微镜的不同点都是扫描工作。其中近场利用倏逝波原理，光场转化成电场，突破了光学显微镜的分辨率极限。共聚焦显微镜的优势在于三维扫描，特别是双光子吸收技术的使用之后。这些基本原理你可以google点材料来看，这里说起来太长了，不好意思，呵呵。
7、利用激光的短脉冲特性，高能量密度特性，单色性（有时需要，但不是必须），可以分析化学物质的吸收，荧光，磷光，拉曼，光电子能谱等等不同的谱学性质，以得到详细的结构信息。
在这方面，如果用普通短脉冲可见光会有什么不同？如果是用X线呢？所得到结果的差异，是类似于光学望远镜和红外望远镜、射电望远镜之间的差异，还是仅仅“纯化”了使用可见光进行试验的结果？
可见光无法压缩成短脉冲，注意是压缩，不是剪切。如果是一般的可见光，剪切成超短脉冲就啥能量也没有了。X射线的短脉冲超短脉冲正在研制之中，如果实现了单色或近单色的X射线激光脉冲，那至少会催生2到3个诺贝尔奖。可见光和激光实验之间差别满大的，不是简单的单色这么简单。而且实际上激光也不是单色的。向我用的纳秒激光，一直到皮秒激光，单色性还很好，可是飞秒激光就不是了。120飞秒的激光，光谱半峰宽就有2，30个纳米了。我隔壁哥们用的激光，25个飞秒，几乎就是白光了。这是测不准关系决定的，正因为它颜色范围很宽，才能压缩成这么短的脉冲，前面说过一次了。
元宝推荐：ArKrXe,家园 有些问题 “吾富有钱时”同学乐于科普激光知识是件大好事，不过有些地方可能说得不大准确。科普更要注重准确表达，以免误导，您说是不是？
举一个例子：上面这个帖子里就把“白光”和“可见光”的概念搞混了。一般搞光的说白光，指理论上带宽无限的白噪声光源，是非相干光。而可见光只是指光长在可见波段，可以是激光也可以不是。
其他还有一些问题，有些我也不大懂不敢随便评论，还要请各位河友一起来讨论。
家园 补充一点 锁模的基本原理在数学上说就相当于离散傅立叶变化：一组周期性脉冲波可被分散成多个（理论上讲无穷个）离散的振荡腔的模。
在工程上可以有多种方法来实现：总之要想办法在振荡腔内引入一个周期性的损耗。
- 复 补充一点
家园 强烈要求香肥猪多多补充和挑错！ 被我识破了真面目，想藏在后面可没那么便宜！！！
- 复 补充一点
家园 香肥猪是专家！ 锁模原理我也只能理解到这一步，数学方程的结果是看的懂的，但是仔细的对我来说太难了。比如边带，均匀增益展宽等等。不过周期性损耗是关键，所以说你是专家。从你的发言上来看，你可以教我啦，以后有难题我就问你了，不许推辞！呵呵
第一个问题：在一个相同的激光腔中，以纳秒激光器为例，同样的外部条件，开Q开关和自由振荡两种方式出光，哪种方式出的激光模式更好呢？换句话说，Q开关是否有利于选择单横模和单纵模？