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激光辐照法除藻
2006年5月16日 10:40  来源:张明  作者:西南电力设计院  

㈠ 激光除藻概论

  继1960年7月世界上第一台激光器--红宝石激光器问世以来,各种激光器应运而生。激光器件迅速发展到上千种,激光谱线达上万条,波长从几百微米到100埃左右的真空紫外。激光的工作物质有固体、气体、半导体和液体,已发展到上千种。激光的输出功率已超过十万亿瓦(1013瓦),激光的单色性也在不断提高,一台好的激光器所产生的激光的波长范围可以小于十亿分之一埃(10-9埃)。与此同时,激光理论的研究也日趋深入和完善。随着激光技术的迅速发展,新型激光的研究已不再是主流,如何将激光技术应用于各行各业的生产实际中,才是当前和今后我们的主要研究方向。目前,激光技术再现代工业、农业、医学、通讯、国防、科学等方面的应用已经取得了一定的可喜成果,而在环保事业上,激光技术的应用还很少。采用日益廉价的激光技术,开发出一种新型、经济、高效的水处理工艺,是我们的心愿。

⒈ 激光原理

  激光器是这样一种技术装置,它由于受激发原子和分子的受激辐射而或者能放大光波,或者能产生光频相干辐射。按其本质,受激辐射的过程作为被激发的原子或分子同电磁波相互作用的结果是光吸收的逆过程。当处于激发态的原子数超过处于基态的原子数时,便产生受激辐射;这样的系统称为粒子数反转状态。用持续时间不超过原子或分子在激发态的寿命的强的光脉冲照射原子或分子系统时,便能在技术上实现粒子数反转状态。如果把这种系统放置在两块反射镜之间,则作为受激原子和分子自发辐射的结果而出现的光波,将在多次通过系统并在两镜之间多次反射之后而得到放大,若这种放大作用超过反射时的损耗,便产生相干电磁振荡。若用一块半透明镜置换一块反射镜,就能得到光辐射的输出。

⒉ 激光的特性

  激光是一种有异于普通光源的新型光源。激光是光的受激辐射,而普通光源是光的自发辐射。激光与普通光源(包括紫外线灯)比较有以下三个特点:

  普通光源的发光面积比激光器的发光面积大的多,因为普通光源是在整个灯泡面上发光,而激光只集中在激光其谐振腔的一端发光(小于0.2厘米)。更为重要的差别还在于普通光源的能量只分散在四周的整个立体空间内,而激光器的发光仅仅局限在很小的发散角α所包含的立体角Ω内。也就是说,在总辐射能量完全相同的情况下,激光能将所有能量集中在很小的面积内发出,而普通光源只能将能量向四面八方分散放射。显而易见,激光由于发光面积和发光方向的高度集中,其单位面积上输出的能量将大大超过普通光源。在实际应用中,方向性好还意味着更容易控制激光的辐照方向和辐照范围,不会因为漫射、散射而浪费能源。

⑵ 亮度高

  亮度高,即激光在单位面积、单位立体角内的输出功率特别大(指脉冲输出)。用B表示亮度,则 B=W/(△S·△t·△Ω)。W表示光源发射的总能量,以焦耳为单位;△S表示光源发光的面积,用平方厘米作单位;△t表示光源发光的时间,用秒作单位。如上所述,激光的发光面积和发光立体角可以压缩得很小,而激光的发光时间(激光脉冲的持续时间)也可以压缩至仅为十亿分之一秒(10-9秒)、一万亿分之一秒(10-12秒)甚至更短,这样一来,△S、△t、△Ω都很小,所以激光的亮度也就可以很高。简言之,激光就是把巨大的能量集中在很短的时间、很小的发光面积和立体角内发射出来,从而得到很高的亮度(输出功率)。在实际应用中,这意味着在消耗同样能源情况下,可以得到极高的输出功率,满足生产的特定需要。

⑶ 单色性好

  一个光源发射的光所包含的波长范围越窄,其颜色就越单纯,即其单色性越好。单色光就是指波长范围很窄的一段光辐射。以△λ/λ(λ为光波波长,△λ为光波的波长范围)的比值表示单色性,则△λ越小,单色性越好。激光的出现使光源的单色性有了极大的提高,如He-Ne激光器产生的激光所包含的波长范围小于一千万分之一埃(10-7埃)。在实际应用中,单色性好意味着我们可以取得特定波长的光,从而防止由于其它波长的光的存在而产生的不良影响和能量浪费。

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