形成粒子数反转的结构---原子能级系统 能级系统 如果激光器运转过程中有关的能级只有两个,用有效的 激励手段把处于下能级E1的原子尽可能多地抽运到上能级E2。 设能级E1和E2上单位体积内的原子数分别为N1和N2,自发辐 射、受激吸收和受激辐射的概率分别为A21、W12和W21。如 果能级统计权重相等,因而W12=W21=W。E2能级上粒子数 N2的速率方程为 dN2/dt=W(N1-N2)-A21N2 当达到稳定时,dN2/dt=0, N2/N1=W/(W+A21) 可见,不管激励手段如何强,(A21+W)总是大于W, 所以N2<N1。这表明,对二能级系统的物质来说,不能实现 粒子数反转
形成粒子数反转的结构-----原子能级系统 二能级系统 如果激光器运转过程中有关的能级只有两个，用有效的 激励手段把处于下能级E1的原子尽可能多地抽运到上能级E2。 设能级E1和E2上单位体积内的原子数分别为N1和N2，自发辐 射、受激吸收和受激辐射的概率分别为A21、W12和W21。如 果能级统计权重相等，因而W12=W21=W。E2能级上粒子数 N2的速率方程为 dN2/dt=W(N1-N2)-A21N2, 当达到稳定时，dN2/dt=0， N2/N1=W/(W+A21) 可见，不管激励手段如何强，（A21+W）总是大于W， 所以N2＜N1。这表明，对二能级系统的物质来说，不能实现 粒子数反转
三能级系统 如果激励过程使原子从基态E1以E3 很大概率W抽运到E3能级,处于 n3 E3的原子可以通过自发辐射跃迁 回到E2或E1。假定从E3回到E2的 E2 2 概率A32大大超过从E3回到E1的 概率A31,也超过从E2回到E1的 概率A21,则利用泵浦抽运使W>E1 W23或W>W12时,E2和E1之间 就可能形成粒子数反转
三能级系统 N1 N2 N3 如果激励过程使原子从基态E1以 很大概率W抽运到E3能级，处于 E3的原子可以通过自发辐射跃迁 回到E2或E1。假定从E3回到E2的 概率A32大大超过从E3回到E1的 概率A31，也超过从E2回到E1的 概率A21，则利用泵浦抽运使W＞ W23或W＞W12时，E2和E1之间 就可能形成粒子数反转。 E1 E2 E3
四能级系统 在外界激励下,基态E1E4千N4 粒子大量地跃迁到E4,然 (快) 后迅速转移到E3。E3能级E3 为亚稳态,寿命较长。E2 n3 (慢) 能级寿命较短,因而到达 E2上的粒子会很快回到基E2 N2 态E1。所以在E3和E2之间 可能实现粒子数反转。由 于激光下能级不是基态, 而是激发态E2,所以在室 震少,卤膨间的殺E1 N1 子数反转比三能级系统容 易实现
四能级系统 在外界激励下，基态E1 的 粒子大量地跃迁到E4，然 后迅速转移到E3 。E3能级 为亚稳态，寿命较长。E2 能级寿命较短，因而到达 E2上的粒子会很快回到基 态E1。所以在E3和E2之间 可能实现粒子数反转。由 于激光下能级不是基态， 而是激发态E2，所以在室 温下激光下能级的粒子数 很少，因而E3 和E2间的粒 子数反转比三能级系统容 易实现。 E1 N1 E2 E3 E4 N2 N3 N4 (快）(慢）
产生激光的第四个条件 激光器中开始产生的光子是自发辐射产生 的,其频率和方向杂乱无章。要使频率单 纯,方向集中,就必须有一个振荡腔。这 是产生激光的第四个条件。通信所用的半 导体激光器就是利用半导体前后两个端面 与空气之间的折射率不同,形成反射镜而 组成振荡腔的
产生激光的第四个条件 激光器中开始产生的光子是自发辐射产生 的，其频率和方向杂乱无章。要使频率单 纯，方向集中，就必须有一个振荡腔。这 是产生激光的第四个条件。通信所用的半 导体激光器就是利用半导体前后两个端面 与空气之间的折射率不同，形成反射镜而 组成振荡腔的
光学谐振腔结构 激励能源 R R 激光输出 光学谐振腔
光学谐振腔结构