维基少年:事物如何运作/激光
激光是一种可以产生明亮彩色光束并将其聚焦到一个点上的设备。通常，灯泡发白光是因为它会发出我们能看到的所有颜色的光。它是通过加热一根金属丝直到发光来实现的。激光的工作原理完全不同，因此它可以产生非常窄的单色光束。激光是“受激辐射的光放大”的缩写。
导致激光发明的想法是阿尔伯特·爱因斯坦在1916年发现的。但直到1953年这些想法才被应用。第一个激光器实际上被称为“脉泽”，因为它使用了微波。（这与微波炉中使用的能量类型相同）。查尔斯·汤斯和他的两位学生制作了第一个脉泽，但它只能工作很短的时间。苏联（俄罗斯）的两位科学家尼古拉·巴索夫和亚历山大·普罗霍罗夫想出了如何让脉泽持续工作的方法。这三位科学家因他们的发现获得了1964年的诺贝尔奖。
第一个激光器的想法来自查尔斯·汤斯和阿瑟·肖洛。戈登·古尔德对这一想法进行了研究，并在1959年的一篇论文中记录了它。这篇论文是首次使用“激光”一词。
第一个工作的激光器是由西奥多·梅曼发明的，并在1960年5月16日展示。
激光器由电力驱动。电流为它提供发射光所需的能量。
激光的名称来自其名称的首字母缩写，“受激辐射的光放大”。这只是说，通过向材料中注入能量，可以产生一束明亮的光。能量辐射来自外部来源，并进入材料，然后泵浦或激发材料。材料中的原子通过吸收这种能量进入激发/快速运动状态。
一个光包被称为光子。这个词来自希腊语中的光的意思。当一个特定颜色的光子穿过一个激发的原子时，它会导致该原子释放一个相同颜色的光子。因此，总光亮度略微增加，光子继续穿过材料。当它这样做的时候，它会经过其他激发的原子。这些原子也会发射相同颜色的光子。结果，光被放大/增强，形成了一束明亮的单色激光束。
光束会导致所有激发的原子以光子的形式释放它们的能量。通常，所有光都会一直传播，直到被障碍物吸收。但是，如果向材料中泵入更多能量，它将保持激光束开启。
激光器由一个位于材料两端的镜子组成。光子会在这些镜子之间来回反射，导致更多光子被发射。
(参见关于下面添加的讨论页面)
一些激光器只有二极管。它被切成两半，这样你就可以看到它的零件。下图显示了一个类似于发光二极管的激光二极管。
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The picture below shows a ruby laser.. The first working laser was a ruby laser, and it was invented in 1960.
它被切成两半，这样你就可以看到它的零件。中间闪亮的红色管子是红宝石晶体。当激光器打开时，激光束会从那里发出。
如果你仔细观察图片，你会发现有两个圆形镜子，分别连接在红宝石晶体的两端。远端的镜子被称为“全反射镜”。到达这种镜子的所有光都会再次反射回来。
晶体近端的镜子被称为“部分反射镜”。这种镜子会反射大部分光，但部分光可以透过它。
一个石英管绕着红宝石晶体盘绕。它被称为“石英闪光管”，它的两端连接到电源，形成一个电路。在上图中，我们让石英闪光管透光，这样你就可以更好地看到晶体。
所有这些零件都位于一个铝制圆柱体中。圆柱体经过高度抛光，就像一个弯曲的镜子。
当电源打开时，电流通过石英闪光管，并发出非常明亮的闪光。闪光管周围的反射圆柱体有助于将所有光都聚焦到红宝石晶体上。
与其他一切一样，红宝石晶体也是由原子构成的。一个真实的原子非常小，即使使用最强大的显微镜也无法看到它。它们在这张图片中被放大很多，这样你就可以看到它们。
来自石英闪光管的光照射到晶体中的原子。一些原子吸收光，使其获得更多能量。据说它们处于“较高能级”。为了回到它们之前的能级，它们必须摆脱从光中获得的额外能量。它们通过发射一个叫做“光子”的微小光粒子来做到这一点。科学家将这个过程称为“受激辐射光发射”，因为原子被强光激发，导致发射一个光子，而光是一种辐射。下一张图片显示了原子发射光子。
当然，在现实中，光子比图片中的小得多。光子甚至比构成原子的东西还要小！
当它们从原子中发射出来时，光子会向各个方向射出。
有时，它们会经过另一个原子，当这种情况发生时，另一个原子也可能发射一个光子。
如果另一个原子发出的光子经过另一个原子，那个原子也可能发射一个光子。因此，光子的数量迅速增加，激光的内部变得非常明亮和炽热。一个水冷系统可以防止它过热。
当光子照射到镜子时，它们会反射回来。许多光子会在镜子之间来回反射，在途中经过原子，并导致更多光子被发射。科学家称之为“光放大”，因为光（由光子构成）被放大（变得更亮）。
由于有如此多的光子在镜子之间来回飞舞，其中许多光子会从晶体的前端部分反射镜中逃逸出来。我们在下图中显示了一些这些光子。
激光束是由数百万个光子组成的，这些光子从晶体中逃逸出来，穿过前置镜。
从按下开关到激光束出现，整个过程都在眨眼之间完成。
激光束的光线可能非常亮。如果它有足够的能量，这种光束会对眼睛造成伤害。你不应该直视激光束。当科学家使用非常强大的激光时，他们必须戴上护目镜以避免受伤。即使是弱激光束，如果长时间直视，也会对眼睛造成伤害。
光子像波浪一样在空间中移动。就像水面上移动的波浪，上下振荡一样，光波也有一个振动频率。这个频率被称为频率，它决定了我们看到的颜色。
普通的灯泡会发出各种频率的光子。因此，我们看到灯泡的光是白色的。然而，激光只发射单一频率的光子。这种光被称为单色光，这个词的意思是单色。
就像阅兵式上的士兵们同时迈步一样，激光中的光子也彼此同步移动。这被称为相干性。它是一个非常有用的激光特性，因为波浪会相互作用。例如，正是这种相干性，使激光能够制作全息图，即可以产生三维图像的图片。
最后，来自激光的光线都朝着同一个方向移动。手电筒（英国英语：手电筒）发出的光线呈锥形，并且光束的亮度随着距离的增加而降低。但是，激光发出的细光束在更远的距离内仍然保持明亮。
激光的这三个特性：单色性、相干性和细光束，在许多应用中都是有用的。激光现在被广泛应用于各种设备中。（有关示例列表，请参阅下面的“它如何改变了世界？”）
激光在它们发射的光的频率上可能有所不同。频率取决于制造激光所用材料的类型。这是由于原子特性的差异造成的。
激光的光束亮度或强度也可能不同。最弱的激光是相当无害的，可以在课堂上用来指向投影屏幕上的位置。一些最强大的激光可以快速切割坚固的岩石或金属板。
有几种不同类型的激光。用来产生光束的材料可以是固体，比如一块红宝石。一些液体和气体也可以用来制造激光。激光还可以用与制造计算机芯片类似的材料制成。由于它们的电气特性，这些被称为半导体材料。
激光是非常有用的设备，它们已经被应用到许多设备中。一种叫做光纤的材料可以用来引导来自激光的的光线，它被用来使计算机相互通信。激光也被用于CD和DVD驱动器来读取磁盘上的小凹坑。（参见工作原理：DVD）
激光光线以非常直的线传播。直线光束可用于测量长距离，以及在建造桥梁和建筑物时保持对齐。士兵们使用激光来引导火箭击中目标。
更强大的激光可以用来切割坚硬的金属。它们被用于非常精细的手术，比如修复无法正常视力的眼睛。它们可以用来去除纹身或胎记。
为了创造激光，科学家们必须解释原子的工作原理。他们必须提出被称为“量子力学”的理论，该理论指出光和其他非常小的粒子都以称为量子的包的形式存在。这个词来自拉丁语“quantum”，意思是“多少”。
量子力学理论指出，原子只能存储一定数量的能量。原子内部有被称为电子的微小负粒子，它们可以吸收能量。当一个电子接收了合适的能量，它可以跃迁到更高的能级。通过这样做，它进入了一个激发态，这意味着它具有更多的能量。随后，电子可以释放这种能量，下降到一个较低、能量较低的激发态。