请问激光是如何产生的?

Question

如题所述

Answer 1

1. 发光的本质是物质的原子、分子或离子在吸收能量后，从高能级向低能级跃迁，释放出光子。
2. 光与物质相互作用时，可能出现受激吸收、自发辐射和受激辐射等现象。
3. 受激辐射过程中，高能级的粒子数多于低能级的粒子数，使得受激辐射过程强于吸收过程，这是产生激光的必要条件。
4. 实现粒子数反转的常见工作物质包括三能级系统或四能级系统的物质。
5. 激光发射的必要条件之一是存在一个能起到正反馈、谐振和输出作用的光学谐振腔。
6. 光学谐振腔中的光子必须沿着轴向传播，才能在反射镜的作用下往返传播，并成为引起受激辐射的激发因子。
7. 受激辐射发出的光子与激发光子具有相同的频率、相位、传播方向和偏振状态，沿轴线方向往返于谐振腔中，从而不断放大和振荡。
8. 雪崩式的光放大过程使得谐振腔内沿轴线方向的光量急剧增大，并从谐振腔的一端反射镜射出，形成激光束。
9. 为了产生激光输出，除了需要稳定的光学谐振腔和能实现粒子数反转的工作物质外，还需要满足光振荡的阈值条件。
10. 光振荡的阈值条件由谐振腔两块反射镜的反射率、工作物质的增益系数和两个反射镜的间距决定。
11. 只有当粒子反转数达到一定数值，光的增益系数才足够大，从而实现激光振荡并输出激光。为此，必须减少损耗，提高泵浦抽运速率，以满足产生激光的阈值条件。