激光是“光量子受激辐射”的简称。

激光是一种发光现象：处于特定激发态的粒子（例如电子）在外来光子的激发下向低能级跃迁，并且产生与激发光子频率和位相相同的光子。如果在激光器的谐振腔内同时存在大量的特定激发态的粒子，那么就可能产生雪崩式的受激辐射现象，形成大量的波长一致，位相一致的光子。（类似于核裂变。）这就是激光。

激光器通过一个谐振腔，让大量的光子在里面反复振荡，不断的产生受激辐射，最终形成较强的激光束，发射出去。

激光是相干性极好的单色光。与太阳光有着本质的不同。

我不太明白你说的用激光能量代替太阳能是什么意思。

激光蚀刻“完美”的太阳能吸收器，提升130%热电效应

激光的基本原理

1、自发辐射与受激辐射

自发辐射是在没有任何外界作用下，激发态原子自发地从高能级向低能级跃迁，同时辐射出一光子。hn=E2-E1。

设发光物质单位体积中处于能级E1，E2的原子数分别为N1，N2，则单位时间内从E2向E1自发辐射的原子数为

激光是如何形成的？

有人认为，如果原子的光辐射是自发的，那么，原子自发辐射出来的光就是普通光。如果原子是在受激状态下辐射出来的光，那么，这种受激辐射的光就是激光。这样的认识是错误的。因为，就一个原子来说，原子只存在转运动状态，转动当然存在快慢的问题，但是，难道转动快慢是原子是否处在受激状态的区别？就一个系统的原子群来说，原子不但存在转动还存在原子之间的碰撞问题，即，存在原子之间的不规则的热运动问题，温度存在高低的问题，但是，难道温度的高低是原子是否处在受激状态的区别？还有，一个原子或一个系统的原子群可以处在电磁场或光照射的环境中，但是，难道原子是否处在或不处在这样的环境中是原子是否处在受激状态的区别？原子辐射光的原因或机理是相同的，都是原子核与绕核电子在剧烈的碰撞中形成的，都是电子转化为光子的一种行为，因此，原子受激与否与辐射光的机理没有关系，条件与原因是两个不同的概念。就像填鸭与鸭子自己进食一样，只是进食的方法不同而已，同样，物体在光照下只是增加物体吸收光的能力而已。

激光是一种高密度光束，而要把各个原子辐射的光子集中起来，显然，与原子之间的组合排列有关系，所以，激光形成的原因应该主要从物质的结构或从原子，分子的组合排列中去寻求答案，而不是从什么原子是否受激中寻求答案。

任何由原子或分子构成的物体都可以成为光源物体，只要存在足够高的温度，物体就可以发光。但是，并不是任何物体都可以成为激光源物体，这与原子或分子的体型以及组合排列的方式有关。就像磁性物质只有少量的几样元素才存在这种性质，同样，激光源物质也是这样。磁化率和光化率（光子的集中率）都与原子或分子的排列有关，或者说，每一个物体都存在一定的原子或分子量，而每一个原子都在不断地向外发射粒子，如何把这些原子发射的粒子尽量集中起来发射出去，这就是提高磁化率和光化率的问题所在，而提高磁化率和光化率的问题就在原子或分子的组合排列方面。所以，激光的形成不在于原子的发射，而在于原子的组合排列方面。

A21为自发辐射概率（自发跃迁率）：表示一个原子在单位时间内从E2自发辐射到E1的概率。

处于高能级E2上的原子，受到能量为hn= E2- E1的外来光子的激励，由高能级E2受迫跃迁到低能级E1，同时辐射出一个与激励光子全同的光子。称为受激辐射。

W21为表示一个原子在单位时间内从E2受激辐射跃迁到E1的概率。

2、粒子数反转

受激吸收与E1的原子数N1成正比，受激辐射与E2的原子数N2成正比。当N2《N1时发生受激辐射远少于发生受激吸收，是不可能实现光放大的．要实现光放大，必须采取特殊措施，打破原子数在热平衡下的玻耳兹曼分布，使N2＞N1。我们称体系的这种状态为粒子数反转 (或“负温度”体系)。所以，产生激光的首要条件是实现粒子数反转。

能够实现粒子数反转的介质称为激活介质。要造成粒子数反转分布，首先要求介质有适当的能级结构，其次还要有必要的能量输入系统。供给低能态的原子以能量，促使它们跃迁到高能态去的过程称为抽运过程。

3、光学谐振腔

在激光器中利用光学谐振腔来形成所要求的强辐射场，使辐射场能量密度远远大于热平衡时的数值，从而使受激辐射概率远远大于自发辐射概率。

光学谐振腔的主要部分是两个互相平行的并与激活介质轴线垂直的反射镜，有一个是全反射镜，另一个是部分反射镜。在外界通过光、热、电、化学或核能等各种方式的激励下，谐振腔内的激活介质将会在两个能级之间实现粒子数反转。这时产生受激辐射，在产生的受激辐射光中，沿轴向传播的光在两个反射镜之间来回反射、往复通过已实现了粒子数反转的激活介质，不断引起新的受激辐射，使轴向行进的该频率的光得到放大，这个过程称为光振荡。这是一种雪崩式的放大过程，使谐振腔内沿轴向的光骤然增强，所以辐射场能量密度大大增强，受激辐射远远超过自发辐射．这种受激的辐射光从部分反射镜输出，它就是激光。沿其他方向传播的光很快从侧面逸出谐振腔，不能被继续放大。而自发辐射产生的频率也得不到放大。因此，从谐振腔输出的激光具有很好的方向性和单色性。

激光的特性

1、单色性好

2、方向性好

3、相干性好

4、能量集中

激光的应用

1、激光测距

2、激光加工与激光医疗

3、光信息处理和激光通信

4、激光在受控核聚变中的应用

半导体激光器,LED和太阳能电池的区别

激光蚀刻“完美”的太阳能吸收器

蚀刻金属外观

罗彻斯特大学光学学院的郭春雷教授和他的团队，开发了一种新技术，使用飞秒激光蚀刻金属结构，该技术可用于收集阳光以加热蚀刻的金属表面，然后可以利用热能发电。图片：J。Adam Fenster/罗切斯特大学

罗彻斯特大学的研究实验室最近使用激光来创建水中不会下沉的金属结构，现在他们使用相同的技术来创建高效的太阳能发电机。

光学教授郭春雷的实验室在《光：科学与应用》杂志中发表的一篇文章中描述了使用强大的飞秒激光脉冲蚀刻具有纳米级结构的金属表面，该金属表面仅选择性地吸收阳光的波长。

蚀刻工艺示意图

规则的金属表面有光泽并且具有高反射性。几年前，郭的实验室开发了一种黑色金属技术，该技术将闪亮的金属变黑。郭说：“但是，要制造出完美的太阳能吸收器，我们不仅需要黑色金属，而且还需要一种选择性吸收器。”

郭说，该表面不仅增强了从阳光中吸收能量的能力，而且还减少了其他波长的热损失，实际上是“首次制造出完美的金属太阳能吸收器。我们还演示了利用热发电装置的太阳能利用。”

他补充说：“这对于任何太阳能吸收器或收集装置都是有用的，特别是在阳光充足的地方。”

这项工作由比尔和梅琳达·盖茨基金会，陆军研究办公室和国家科学基金会资助。

研究人员对铝、铜、钢和钨进行了实验，发现通常用作热太阳能吸收剂的钨在经过新的纳米级结构处理后具有最高的太阳能吸收效率。与未经处理的钨相比，这将热发电效率提高了130％。

热电效应提高130%

该实验室还使用飞秒激光蚀刻技术来制造超疏水（拒水）和超亲水（吸水）金属。例如，在2019年11月，郭的实验室报告说，无论被丢入水中的次数多少，损坏或刺穿的程度如何，金属结构都不会沉没。

这项新论文是在实验室最初使用飞秒激光蚀刻的黑金属的基础上展开的。

在制造出亲水和疏水金属之前，郭和他的助手Anatoliy Vorobyev演示了使用飞秒激光脉冲将几乎所有金属块都变黑的过程。在金属上产生的表面结构在捕获入射辐射（例如光）方面非常有效。他们捕获了很宽波长范围内的光。

随后，他的团队使用类似的过程，除了已经实现的黑色之外，还将多种金属的颜色改变了，如如蓝色、金色和灰色。这些应用可能包括制造滤色镜和光谱设备；使用单个激光器生产不同颜色的 汽车 制造厂；将家庭全彩照片刻在冰箱门上；或造出蓝色的纯金戒指。

该实验室还使用了黑色和彩色金属技术，在规则的钨丝表面上形成了独特的纳米级和微米级结构阵列，从而使灯泡在相同的能耗下可以发出更明亮的光。

郭说：“我们直接发射激光束穿透灯泡玻璃，改变了灯丝上的一个位置。当我们点亮灯泡时，我们可以看到这个改变的地方明显比其余的灯丝更亮。”

半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生激光的器件。.其工作原理是通过一定的激励方式，在半导体物质的能带（导带与价带）之间，或者半导体物质的能带与杂质（受主或施主）能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用

LED为发光二极管，相比较激光二极管来说的话单色性，指向性等都有不小的差距

太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置，和前两者的差别还是比较大的

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