所有的电磁波谱都可以像激光一样聚焦吗?


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激光器具有广泛的应用,但是在高功率/强度下生产成本非常高。由于光线只不过是电磁波谱的一个窄带,因此我想知道是否可以通过集中其他波长(例如红外线,无线电等)以较低的成本实现相同的高功率/强度应用。

一个粗略的谷歌搜索没有发现这种类型,这让我怀疑我这是不可能的。但我只是想要一个明确的答案,关于其他电磁波(除了光线)是否可以像激光一样集中和传播为光束。如果可能的话,我还想了解是否/为什么更大的波长会阻碍我们将这些波集中到高功率/强度应用中的能力。


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可见光不是由谐振腔的受激发射产生的第一种EM辐射形式。该微波激射器,微波炉等效,由早〜7年的激光。

Answers:


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是的,其他电磁辐射可以集中,并且通常是。基本上,X射线以外的所有东西都可以相对容易地聚焦。一旦你的能量如此之高,以至于它们通过大多数材料,使用这些材料聚焦这些光线变得棘手或不可能。例如,我认为我们不知道聚焦伽马射线的方法。

在宇宙尺度上,重力可用于弯曲辐射路径,该路径适用于所有波长。目前我们无法构建以任何有意义的方式执行此操作的设备,但我们可以并且已经利用了自然发生的设备。天文学家有时会将遥远的星系用作引力透镜,以更清楚地看到在这些星系后面更远的东西。

对于大多数电磁辐射,我们可以通过两种方式改变其传播路径,折射和反射。对于可见光,这分别用透镜和镜子完成。寻找在其他波长下透明的结构上合适的材料(如玻璃处于可见波长)可能是困难的,并且远离可见光谱的波长的大多数聚焦通常通过反射而不是折射来完成。

用于聚焦不可见辐射的反射的例子比比皆是。旧的UHF电视屋顶天线通常是角落反射器。它们有一系列杆,形成一个指向发射器方向的V形口袋。实际天线是分裂杆或有时是V内部的一系列杆。其他天线系统使用未连接的导电杆和其他导电物体来反射辐射,以增加其在实际接收时的通量(或发射,天线同样工作两种方式)元件。

大型雷达盘或射电望远镜是极端辐射聚焦的例子,通常在GHz范围内。

在足够长的波长下,可以使用另一种方法来制造聚焦的辐射束。这是通过控制多个发射器的相位来完成的。作为一个简单的例子,考虑两个间隔1/4波长的垂直无线电天线。天线A被馈送到比天线B提前90°的信号。想象一下从A发出的波前。在1/4周期后,它到达B,现在发出相同的信号。由A和B发出的两个波前相加,并且信号对于在B方向上接收的人来说看起来很强。现在对波前成像留下B.当它到达A时,A向前发射1/2波长,相位相差180°。因此,这两个信号在A方向上相互抵消。

这种称为相控阵的基本原理可以应用于大量单独的发射机(或接收机,双向工作)。在相控阵中具有许多单独的元件,可以发射非常窄的光束(或者再次,整个天线可以在窄方向上聆听)。一个很好的例子是最初部署在Arleigh Burke级驱逐舰上的宙斯盾雷达系统。正面和侧面的大六边形斑块实际上是许多小型雷达天线的阵列,每个都可以动态控制。这意味着可以非常快速地以电子方式重新定向光束,而无需物理天线的机械扫描。

该原理也可用于控制反射或透射光束。在光学波长下,这通常称为衍射光栅。由一部分波长分开的一系列平行划痕被蚀刻到镜子上。在波长和反射角的正确组合中,来自每个峰的反射是同相的,因此相加或相位相反并相互抵消。由于它们处于相位的角度是波长的函数,因此这种衍射光栅可用于通过其波长分离光。

这些平行划痕也可以应用于透明物体的表面。当你看到一个薄薄的垂直切口的白光与划痕对齐时,你会看到它水平展开成其组件颜色。一些光谱仪就是按照这个原理工作的 我听说有一种努力使用这种效果来聚焦X射线。



+1好答案。作为一个有趣的旁注,较短波长的相干EM辐射仍然由相控阵产生,其中发射器是原子或分子。
克里斯穆勒2016年

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您可能有兴趣了解不仅有微波(和红外线和X射线......)激光器,而且这些“装置”中的一些甚至可以在太空中的气体星云中自然发生。

来自维基百科关于Megamasers的文章,

巨型激光器是一种天体物理激发器,它是自然发生的受激谱线发射源。

目前有很多关于X射线激光器的研究,这些研究已经存在了几十年,但现在已经被降低到台式/台式机尺寸。这些装置产生10-20nm波长的相干X射线脉冲。


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从@丹对链接的维基百科文章的评论和微波激射器

当激光器开发出来时,Townes和Schawlow以及他们在贝尔实验室的同事们推动了光学激光器这个术语的使用,但这很大程度上放弃了激光器,由竞争对手戈登古尔德创造。在现代使用中,通过光谱的红外部分在X射线中发射的装置通常被称为激光器,并且在微波区域和下方发射的装置通常被称为激光器,无论它们是发射微波还是其他频率。

Gould最初为光谱的每个部分发射的器件提出了不同的名称,包括gsers(伽马射线激光器),xasers(x射线激光器),uvasers(紫外激光器),激光器(可见激光器),irasers(红外激光器), masers(微波激射器)和rasers(RF masers)。然而,大多数这些术语从未流行,除了微波激射和激光之外,所有这些术语现在都已经过时(除了在科幻小说中)。

由此,一切都被称为微波激射器激光器。另外,让我们忽略关于所有字母是否需要大写的争论。


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除了关于EM频谱的其他答案之外,我还想补充说,任何跟随波动方程的东西都可以集中,因为建构性和解构性叠加的所有原则都适用。

在波动公式之后的EM频谱之外的事物包括压力波(当聚焦时,通常称为声纳),甚至物质波,例如聚焦海浪,称为流氓波

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