繼1960年7月世界上第一臺激光器--紅寶石激光器問世以來，各種激光器應(yīng)運(yùn)而生。激光器件迅速發(fā)展到上千種，激光譜線達(dá)上萬條，波長從幾百微米到100埃左右的真空紫外。激光的工作物質(zhì)有固體、氣體、半導(dǎo)體和液體，已發(fā)展到上千種。激光的輸出功率已超過十萬億瓦（1013瓦），激光的單色性也在不斷提高，一臺好的激光器所產(chǎn)生的激光的波長范圍可以小于十億分之一埃（10-9埃）。與此同時，激光理論的研究也日趨深入和完善。隨著激光技術(shù)的迅速發(fā)展，新型激光的研究已不再是主流，如何將激光技術(shù)應(yīng)用于各行各業(yè)的生產(chǎn)實際中，才是當(dāng)前和今后我們的主要研究方向。目前，激光技術(shù)再現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、通訊、國防、科學(xué)等方面的應(yīng)用已經(jīng)取得了一定的可喜成果，而在環(huán)保事業(yè)上，激光技術(shù)的應(yīng)用還很少。采用日益廉價的激光技術(shù)，開發(fā)出一種新型、經(jīng)濟(jì)、高效的水處理工藝，是我們的心愿。
1、激光原理
激光器是這樣一種技術(shù)裝置，它由于受激發(fā)原子和分子的受激輻射而或者能放大光波，或者能產(chǎn)生光頻相干輻射。按其本質(zhì)，受激輻射的過程作為被激發(fā)的原子或分子同電磁波相互作用的結(jié)果是光吸收的逆過程。當(dāng)處于激發(fā)態(tài)的原子數(shù)超過處于基態(tài)的原子數(shù)時，便產(chǎn)生受激輻射；這樣的系統(tǒng)稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)。用持續(xù)時間不超過原子或分子在激發(fā)態(tài)的壽命的強(qiáng)的光脈沖照射原子或分子系統(tǒng)時，便能在技術(shù)上實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)。如果把這種系統(tǒng)放置在兩塊反射鏡之間，則作為受激原子和分子自發(fā)輻射的結(jié)果而出現(xiàn)的光波，將在多次通過系統(tǒng)并在兩鏡之間多次反射之后而得到放大，若這種放大作用超過反射時的損耗，便產(chǎn)生相干電磁振蕩。若用一塊半透明鏡置換一塊反射鏡，就能得到光輻射的輸出。
2、激光的特性
激光是一種有異于普通光源的新型光源。激光是光的受激輻射，而普通光源是光的自發(fā)輻射。激光與普通光源（包括紫外線燈）比較有以下三個特點(diǎn)：
2.1、普通光源的發(fā)光面積比激光器的發(fā)光面積大的多，因為普通光源是在整個燈泡面上發(fā)光，而激光只集中在激光其諧振腔的一端發(fā)光（小于0.2厘米）。更為重要的差別還在于普通光源的能量只分散在四周的整個立體空間內(nèi)，而激光器的發(fā)光僅僅局限在很小的發(fā)散角α所包含的立體角Ω內(nèi)。也就是說，在總輻射能量完全相同的情況下，激光能將所有能量集中在很小的面積內(nèi)發(fā)出，而普通光源只能將能量向四面八方分散放射。顯而易見，激光由于發(fā)光面積和發(fā)光方向的高度集中，其單位面積上輸出的能量將大大超過普通光源。在實際應(yīng)用中，方向性好還意味著更容易控制激光的輻照方向和輻照范圍，不會因為漫射、散射而浪費(fèi)能源。
2.2、亮度高
亮度高，即激光在單位面積、單位立體角內(nèi)的輸出功率特別大（指脈沖輸出）。用B表示亮度，則 B=W/(△S△t△Ω)。W表示光源發(fā)射的總能量，以焦耳為單位；△S表示光源發(fā)光的面積，用平方厘米作單位；△t表示光源發(fā)光的時間，用秒作單位。如上所述，激光的發(fā)光面積和發(fā)光立體角可以壓縮得很小，而激光的發(fā)光時間（激光脈沖的持續(xù)時間）也可以壓縮至僅為十億分之一秒（10-9秒）、一萬億分之一秒（10-12秒）甚至更短，這樣一來，△S、△t、△Ω都很小，所以激光的亮度也就可以很高。簡言之，激光就是把巨大的能量集中在很短的時間、很小的發(fā)光面積和立體角內(nèi)發(fā)射出來，從而得到很高的亮度（輸出功率）。在實際應(yīng)用中，這意味著在消耗同樣能源情況下，可以得到極高的輸出功率，滿足生產(chǎn)的特定需要。
2.3、單色性好
一個光源發(fā)射的光所包含的波長范圍越窄，其顏色就越單純，即其單色性越好。單色光就是指波長范圍很窄的一段光輻射。以△λ/λ（λ為光波波長，△λ為光波的波長范圍）的比值表示單色性，則△λ越小，單色性越好。激光的出現(xiàn)使光源的單色性有了極大的提高，如He-Ne激光器產(chǎn)生的激光所包含的波長范圍小于一千萬分之一埃（10-7埃）。在實際應(yīng)用中，單色性好意味著我們可以取得特定波長的光，從而防止由于其它波長的光的存在而產(chǎn)生的不良影響和能量浪費(fèi)。
