光的受激辐射 处于激发态能级上的原子,如果 在它发生自发辐射以前,收到外 来的、能量为hUm=EnE的光 子的刺激作用,就有可能从E跃 迁到E,同时辐射出一个与外来 光子同频率、同相位、同方向、 发光前 发光后 同偏振态的光子,这一过程称为 受激辐射。 受激辐射必须要在一定频率(U)的外来入射光子的作用下才 会发生,而受激辐射过程中所发出的光子的性质、状态等都与外 来光子完全相同。 经过受激辐射,辐射光与入射光同相位、同频率、同方向、同偏 振态,相互叠加而使强度变强,即入射光得到了放大。受激辐射 引起光放大正是激光产生机构中的一个重要基本概念
¾光的受激辐射 处于激发态能级上的原子，如果 在它发生自发辐射以前，收到外 来的、能量为hυmn＝En－Em的光 子的刺激作用，就有可能从En跃 迁到Em，同时辐射出一个与外来 光子同频率、同相位、同方向、 同偏振态的光子，这一过程称为 受激辐射。 Em En hvmn 发光前 发光后 hvmn hvmn 受激辐射必须要在一定频率（υmn）的外来入射光子的作用下才 会发生，而受激辐射过程中所发出的光子的性质、状态等都与外 来光子完全相同。 经过受激辐射，辐射光与入射光同相位、同频率、同方向、同偏 振态，相互叠加而使强度变强，即入射光得到了放大。受激辐射 引起光放大正是激光产生机构中的一个重要基本概念
2.产生激光的基本条件 普通光源的发光机构是自发辐射占统治地位。激光器的发光 主要是受激辐射。怎样在一个发光系统中,造成受激辐射的 主导地位,而使其发出激光来呢? 1)粒子数反转 实现粒子数反转的条件有: a)要有可用来进行粒子数反转的工作物质(激活介质); b)具有适当的能级结构(存在亚稳态能级,寿命10-3S); c)能够从外界输入能量使工作物质溦活(称为“溦励”、也叫“抽 运”或“光泵”),使物质中尽可能多的粒子吸收能量后跃迁到 高能级上去
2. 产生激光的基本条件 1)粒子数反转 普通光源的发光机构是自发辐射占统治地位。激光器的发光 主要是受激辐射。怎样在一个发光系统中，造成受激辐射的 主导地位，而使其发出激光来呢？ 实现粒子数反转的条件有： a) 要有可用来进行粒子数反转的工作物质（激活介质）； b) 具有适当的能级结构（存在亚稳态能级，寿命10-3S）； c) 能够从外界输入能量使工作物质激活（称为 “激励 ”、也叫 “ 抽 运 ” 或 “光泵 ”），使物质中尽可能多的粒子吸收能量后跃迁到 高能级上去
以三能级系统为例,具体介绍 实现粒子数反转的方法: 激发态 E3 激励能源将基态E1上的原子满 E2亚稳态 励到激发态能级E3 激励(光泵、抽运) 激发态 E1基态 E3 无辐射跃迁 E2亚稳态原子通过碰撞把能量转移给晶格 激励 而无辐射地跃迁到亚稳态E2(原 子的寿命约为103)。随着亚稳 E1基态 态E2上的原子数不断增加,而基 态E1上的原子数不断减少,于是 在亚稳态E2和基态E1两能级之间 实现了粒子数反转
以三能级系统为例，具体介绍 实现粒子数反转的方法： E 1 E 3 基态 hv E 2 激发态 亚稳态 激励（光泵、抽运） 激励能源将基态 E 1上的原子激 励到激发态能级 E 3 。 E 1 E 3 基态 hv E 2 激发态 亚稳态 激励 无辐射跃迁 hv＝E2－E1 hv hv 原子通过碰撞把能量转移给晶格 而无辐射地跃迁到亚稳态 E 2（原 子的寿命约为10-3 S）。随着亚稳 态 E 2上的原子数不断增加，而基 态 E 1上的原子数不断减少，于是 在亚稳态 E 2和基态 E 1两能级之间 实现了粒子数反转
2)光学诸振腔 为使受激辐射持续下去而获得激光输出,必须采用光学 谐振腔。 初始诱发原子发生受激辐射的光子来源于自发辐射,因而此时 的受激辐射是随机的,所辐射光的相位、偏振态、频率和传播 方向都是互不相关的。光学谐振腔的作用就是可以使某一方向 和频率的光子享有最优越的条件进行放大。 常用的光学谐振腔是在工作物质的两端放置两块互相平行的 反射镜
2）光学谐振腔 为使受激辐射持续下去而获得激光输出，必须采用光学 谐振腔。 初始诱发原子发生受激辐射的光子来源于自发辐射，因而此时 的受激辐射是随机的，所辐射光的相位、偏振态、频率和传播 方向都是互不相关的。光学谐振腔的作用就是可以使某一方向 和频率的光子享有最优越的条件进行放大。 常用的光学谐振腔是在工作物质的两端放置两块互相平行的 反射镜
(a)处于粒子数反转的工作物质在 自发辐射,向各个方向发射光子 其中,凡偏离谐振腔轴线方向 运动的光子最终均会溢出腔外, 只有沿轴线方向运动的光子,在 腔内来回反射,产生连锁式的光 放大。 M(b)光遇到谐振腔的反射镜之后, 一部分输出,一部分又反射回去 ,又得到放大。 M,()光在谐振腔内来回反射,每来 回一次都得到一定的放大,而使 光的强度越来越强,光束越强 则处于激发态的原子受激辐射就 越多。由于谐振腔的这种作用, 谐振腔对光来方向的选择性 最终将从部分反射镜射出一束极 强的光束 激光”( LASER: Light Amplification by stimulated Emission of radiation)
(a)处于粒子数反转的工作物质在 自发辐射，向各个方向发射光子 。其中，凡偏离谐振腔轴线方向 运动的光子最终均会溢出腔外， 只有沿轴线方向运动的光子，在 腔内来回反射，产生连锁式的光 放大。 (b)光遇到谐振腔的反射镜之后， 一部分输出，一部分又反射回去 ，又得到放大。 (c)光在谐振腔内来回反射，每来 回一次都得到一定的放大，而使 光的强度越来越强，光束越强， 则处于激发态的原子受激辐射就 越多。由于谐振腔的这种作用， 最终将从部分反射镜射出一束极 强的光束——“激光”（LASER: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）