激励源、介质、谐振腔是激光产生的三个基本要素。1. 介质:增益介质是激光工作物质,它包含能够实现受激辐射的激活粒子,如原子、分子或离子,并且具有适合产生激光的能级结构。2. 激励源:激励源负责提供能量,使激光工作物质中的粒子数在上能级和下能级之间发生反转,为激光的产生创造条件。3. 谐振腔:谐振腔是激光器的另一个关键部分,它允许在介质中形成的光维持振荡,从而产生连续的激光输出。
激光的形成依赖于两个主要条件:粒子数反转和光学谐振腔。粒子数反转是在激励源的作用下,工作物质内部发生的能级反转。光学谐振腔则为激光的产生提供了必要的空间环境。这两个条件共同作用,形成了激光。
具体来说,产生激光需要满足以下条件:1. 受激辐射是激光产生的关键,但它既是首要条件,也是必要条件,但并非充分条件。2. 工作物质必须具有亚稳态能级,这是实现激光产生的第二个条件。3. 在亚稳态能级上,电子分布需要特定配置,以实现粒子数反转,使得受激发射超过吸收。4. 激光器中最初产生的光子是自发辐射的结果,频率和方向随机。为了获得单一频率和集中的方向,必须存在一个合适的振荡腔。5. 光子在谐振腔中振荡并产生光子数量必须远大于损耗,这样才能实现放大作用,从而产生激光。
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