如果激光能形成肉眼可見的光線，需要多大的功率？

01-24

如圖，能在能見度好的白天形成一束明亮的光線，需要多大的功率？
還有這激光射出來會發出「吱吱」的聲音嗎？

看空氣潔凈程度了，越臟越容易。

ps. 測pm2.5的感測器大致就這個原理。

瀉藥，

先說結論：題主的問題里決定答案的相關變數非常多，通常在5毫瓦左右的綠激光器（532nm）就能看到光束，而在霧霾天氣下1毫瓦左右就可以了。

在思考這個問題之前，我們應該了解下明明是直線射出的光，在光斑外為什麼能看到光束？原因很簡單，這是由散射導致的。

勻質、含有懸浮物的空氣可以看做是特殊的溶液，還記得以前高中時候學的朗伯-比爾定律嗎？吸光度 $A$ 等於吸收係數 $sigma$ 、介質厚度 $R$ 與吸光物質的濃度 $c$ 的乘積；而吸光度的負指數係數冪則稱之為透射比 $T$

$A=sigma cdot Rcdot c=logfrac{1}{T}$

我們想測量激光光束從激光器發射出來後，經過一定距離 $R$ 還剩多少？這就叫做在距離R上的透射比 $au(R)$ ,

$au(R)=frac{P(R)}{P(0)} =e^{-sigma R}$

但是空氣裡面的東西很多，吸收係數 $sigma$ 一定不像液體溶液那樣是簡單的常數，這時候我們就要考慮溶質顆粒尺寸對散射衰減的關係，稱之為尺寸參數（size parameter） $alpha$ ，它只與通過光波長 $lambda$ 與顆粒半徑 $r$ 有關：

$alpha=frac{2pi r}{lambda}$

下圖是幾種在大氣中常見的顆粒：空氣中的分子、霧霾顆粒、霧滴、雨滴、雪與冰雹的尺寸係數：

而不同尺寸係數所的發生的散射方式也不一樣。

散射顆粒尺寸遠小於光波長（例：空氣分子）的，會發生瑞利散射（Rayleigh scattering）
散射顆粒尺寸近於光波長（例：霧霾顆粒、霧滴）的，會發生米氏散射（Mie scattering）
散射顆粒尺寸遠大於光波長（例：雨、雪、雹）的，就不稱為散射了，因為光與粒子的作用可以通過幾何光學描述。

上圖是對於785nm波長，不同尺寸顆粒的散射效應與所貢獻吸收係數 $sigma$ 的關係，可以看出下列結論：

在不下雨下雪的情況下，米氏散射的吸收度遠大於瑞利散射。
霧霾和霧氣天氣，散射強度會明顯增強。兩者之中小水滴的霧氣會更強一些
激光波長越短，散射越強

總而言之，我們能夠明顯看到的激光光束都是由米氏散射所導致，這也是測量PM2.5的激光顆粒計之工作原理。

--------------------------------------------------分割線----------------------------------------------------------

第二個要考慮的問題是，人眼對所有可見光波長的光源看，靈敏度是否一致？

答案當然是否定的，因為我們只有四種感光細胞：三種顏色的視錐細胞與在暗處看東西用的視桿細胞

剛好綠色視錐細胞的最大靈敏波長（533nm）正好對應常見的綠色激光器（532nm），所以從視覺上感受而言，同樣功率的綠色激光器與紅色（650nm）、藍色（450nm）激光器相比通常能顯得「更亮」。參考文獻：

Kim, I. I., McArthur, B., Korevaar, E. J. (2001, February). Comparison of laser beam propagation at 785 nm and 1550 nm in fog and haze for optical wireless communications. In Information Technologies 2000 (pp. 26-37). International Society for Optics and Photonics.
Schubert, E. F. (2006). Human eye sensitivity and photometric quantities. Light-emitting diodes, 275-291.

想省錢的話，來北京，冬天大部分時候，小學生用來射別人的激光筆都能看到柱子。

和激光的顏色以及使用環境有關，光柱是反射空氣中的顆粒產生的，近距離觀察光柱可見大量顆粒物，對於日常環境來說即使空氣質量很好的情況下也會產生。而可見性來說人眼對綠色比較敏感，所以532nm的綠色激光只要100mW（0.1W）就能在白天室內產生很明顯的光柱了。

而激光也可以有不可見光波段的，這樣就可見性就差很多了，例如405nm的偏紫外光即使1W功率光柱也不太明顯（即使這個功率已經可以燒穿紙張了）。焊接的二氧化碳紅外激光，35W也是看不到光柱的（可以隨意燒穿紙盒）

手持激光您想在白天室外產生明顯光柱的話比較困難（尤其是正午的太陽下）而天色陰沉的情況下，3W以上的445nm激光或0.8-1W的532nm激光應該能看到明顯的光柱。

這些小型激光設備都不會有「滋滋」的聲音，這種小功率的設備正常情況下不會產生這種電流聲，如果您比較好奇可以買一支功率較大的激光筆；但請務必注意安全，這種能看到可見光柱的功率的激光已經可以輕易的達到永久損壞視網膜的能力以及影響航空安全，務必不要照射人或動物以及飛行器。

去年12月時候照的，就是北方霧霾最重的那幾天拍的。我們管這叫丁達爾之夜。

再來一發！

多大的功率都不可見。人類能夠看見的只是發光的和反射光線的物體。

一個是眼睛的感知範圍一個是對不同光譜的敏感度。像綠光人眼的敏感度很高毫瓦甚至更低都可以感知

題主可知道丁達爾效應？如果還沒讀高中的話，那就先百度一下這個概念吧。

簡單說下，能不能看見光線路徑跟功率沒有一毛錢關係，具體參照樓上的各種解釋，顆粒越多越明顯。

聲音的話，更是沒有一毛錢關係，看設備的質量。本人搬磚的實驗室有大大小小十幾台激光器，使用中從沒注意到什麼那種聲音，如果有的話估計也快壞了。而且我認為那種聲音就是所謂電流聲音，電路設計不好導致的。

光電專業強答一發

不用太強幾百mW就能大約看到一點(特定角度) 但是不會像圖中這麼完整的光束

圖中這個感覺是功率挺大的

吱吱聲是不會有的不過供電模塊有風冷就會有聲音

這跟激光功率沒什麼關係吧

需要一個北京

丁達爾效應？有霧霾的話應該比較容易

可見光波長範圍內，很小功率就能看到

主要因素是頻率啊，頻率超出肉眼感知範圍，多大功率都沒用

首先，肉眼能見，那必須是可見波段的激光；也就是通常說的400-700nm左右的激光。

其次，就算在可見光波段內，人眼對光的敏感度也不一樣，簡單地說，人眼對綠光的敏感最好，比如常見的532nm的激光；

第三，才是我們應該關注的，多大功率的激光，肉眼才能看見光柱，這就跟空氣環境，周遭亮度干擾等有關，前面已經有非常好的回答了，不再贅述……

這是丁達爾效應

分頁阅读： 1 2