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激光的优点

近二十年来，激光技术得以迅速的发展，是由于激光束具有高亮度

、准直性、方向性、同调性之特点，因此在许多方面获得了广泛的应用，如

雷射割切、加工、扫描、激光雷达、雷射位移计、雷射干涉仪．．．，是品

质控制和自动化机器人不可或缺的利器。激光技术的应用正在日益扩大之中

，在机械工业上雷射的运用日益普遍，究其用途，不外乎加工与量测两大类

。作为量测用途的雷射，其输出功率一般较加工用途的雷射低，而价格较廉

，种类也较多。量测用途的雷射除了常见的二极管雷射与氦氖雷射外，在

一些特殊的场合中，也可见到一些较高功率的雷射，做为大面积或长距离的

量测之用。在此我们对这些各种用途的雷射作整理性的简介，并对其构成的

主件特性加以说明。

雷射Laser之名称的由来，系由其装置之原理(light

amplificationbystimulatedemissionofradiation)五个英文字

取其前缀结合而成。雷射的出现可以说是人类科学〝知而后行〞的具

体实现例子。在爱迪生发明灯泡光源的时代，人类科学是处于一种〝

不知而行〞的情况，因此各式各样的东西例如木炭、羽毛、头发都拿

来测试是否适合作为灯丝，一直到钨丝装上时整个爱迪生电力厂足足

明亮了五分钟，于是全场试验的科学家为之一致欢呼，在此之前，他

们对于钨丝是否适合作为灯丝殊无把握。然而雷射就不同了，在雷射

尚未问世之前，科学家就已预言这种高同调光的存在。

１９５０年二次世界大战结束后，微波技术发达，选定氨作为微波活
性介质，首先出现镁射(Maser,M为microwave之缩写），然而

其实用价值较低，因此仍然希望得到光束的放大作用。1960年由T

.H.Mainman及A.Javan产生世上第一部红宝石脉冲雷射。

一般量测使用低能量的可见光雷射或可见光雷射，对于皮肤，衣物，任何

物质的测量对象均无伤害性，同时，发射的光束并不夹杂不可见光或其它具

有伤害性辐射，但绝不可目视激光束及光束中的镜面或高反射率物体的反

射光。，因此不可使雷射光照射到任何他人的眼睛或面部，最好限制不必要

的旁观者旁观。在实验区域附近，也不可乱置一些不必要的反光物，尤其是

镜面类物品，更须严格列管，对与雷射光路同一水平的镜片，要格外留意。

比起其它的光源，雷射具有无可比拟的优点，因为它具有：

一．同调性：

１．实际上的光波，其波前形状并不完全一致，其波长、频率也不完全

一致。

２．所谓干涉，乃指两个有周期性或规则性的波相遇而形成的现象。一波之

波峰（谷）加上另一波之波峰（谷），则形成建设性干涉，亦即有明亮

的条纹。如果我们想利用这个干涉现象，就必须希望这个干涉现能

够让观测者清楚分辨并且能够持续一段时间。

３．当光源是由许多波长相近光的波所组成时，则若一开始波前的形状

大略一致，当走了一段后，必分离，形成混乱的波前。

４．当光的波前形成混乱时，干涉条纹即不存在，因此称上述的距离为

同调长度，雷射光在共振腔内来回数十至数万次其波长、波前形状

均较一致，因此同调长度亦较长。

二．单色性：

单色性的习称方式有二个层次：

１．单一波长：眼睛不可分辨的情况，实际上仍然有许多波长，亦即其频宽

较大，雷射通常使用棱镜来选择单一波长的输出。

２．单一频率：在单一波长中再选定一个波长，得到更窄的频宽，雷射通常

使用固定式的Fabry-Perot干涉仪(Etlon)来选择单一频率的输出。

三方向性、光束平行性：

雷射由激励系统提供能量给活性工作介质以产生光子，这些光子在雷射

共振腔内来回振荡数十次至数百次，最后穿出雷射共振腔，形成激光束

，如果光束前进方向稍有不平行，即可能消失在雷射共振腔之中，因此雷射

光束具有很好的方向性及光束平行性。最著名的应用例子即是以雷射由地

球射到月球以求两者之间的距离。

四．高强度：因此雷射可以用来加工。雷射按照强度来分类，大致上可分

为以下四级:

I级:无危险性之雷射，例如0.4MW之半导体雷射。

II级:长时间或直接观测有危险性之雷射，例如1MW之氦氖气体雷射。

III级:IIIA级为中强度雷射，例如1到5MW之氦氖气体雷射。IIIB级

为中强度雷射，例如5到500MW之氩离子气体雷射。
IV级:为高强度雷射，例如加工用之二氧化碳气体雷射。