第11章激光及其医学应用二、激光产生条件当物质中有光辐射时，同时存在着自发辐射、受激辐射及吸收这三种过程。为了获得强大的相干光（激光），应抑制光的吸收和自发辐射，尽可能加强受激辐射，为此必须满足以下两个条件。1.实现粒子数反转分布在通常情况下，物质中的原子处于低能级的数量较多，吸收的概率大于受激辐射的概率。而要获得光放大，必须使受激辐射占优势
当物质中有光辐射时,同时存在着自发辐射、受激辐射及吸 收这三种过程。为了获得强大的相干光(激光),应抑制光的 吸收和自发辐射,尽可能加强受激辐射,为此必须满足以下两 个条件。 1. 实现粒子数反转分布 在通常情况下,物质中的原子处于低能级的数量较多,吸收的概率 大于受激辐射的概率。而要获得光放大,必须使受激辐射占优势, 二、激光产生条件 第11章 激光及其医学应用
第11章激光及其医学应用即处于高能级的原子数目要多于处低能级的原子数目，这种情况叫作粒子数反转分布（populationinversiondistribution）。为了实现粒子数反转分布，就需要寻找适当的工作物质，还要有外界能源供给能量。然而大多数物质的激发态是不稳定的，寿命很短，只有大约1.0×10-s，往往在发生受激辐射之前，原子就已经自发地辐射光子回到了基态。但也有些物质的原子从高能级回到低能级之前，会先过渡到一个中间能态，原子在这个能态上停留的时间比较长，可达到十分之几秒，这个能态称为亚稳态（一种特殊的激发态）。利用具有亚稳态的物质，就可以实现粒子数反转分布
即处于高能级的原子数目要多于处低能级的原子数目,这种情况 叫作粒子数反转分布(population inversion distribution)。为了实现 粒子数反转分布,就需要寻找适当的工作物质,还要有外界能源供 给能量。然而大多数物质的激发态是不稳定的,寿命很短,只有大 约1.0×10-8 s,往往在发生受激辐射之前,原子就已经自发地辐射光子 回到了基态。但也有些物质的原子从高能级回到低能级之前,会 先过渡到一个中间能态,原子在这个能态上停留的时间比较长,可 达到十分之几秒,这个能态称为亚稳态(一种特殊的激发态)。利用 具有亚稳态的物质,就可以实现粒子数反转分布。 第11章 激光及其医学应用
第11章激光及其医学应用激发态C亚稳态BY基态A图11-4实现粒子数反转
图11-4 实现粒子数反转 第11章 激光及其医学应用
第11章激光及其医学应用2.光学谐振腔实现粒子数反转分布只是提供了实现受激辐射光放大、获得激光的必要条件，要获得激光输出，还必须把光放大转化为光振荡，这就需要一个光学谐振腔，如图11-5所示。在工作物质的两端各放置一块反射镜，它们相互平行，且垂直于谐振腔的主轴，其中一块为全反射镜，另一块为部分反射镜。处于粒子数反转分布的工作物质初始的光辐射来自于自发辐射，即处于亚稳态能级的某个原子自发跃迁到低能级而辐射出光子，在这些光子中，不沿谐振腔轴线方向
2. 光学谐振腔 实现粒子数反转分布只是提供了实现受激辐射光放大、获得激光 的必要条件,要获得激光输出,还必须把光放大转化为光振荡,这就 需要一个光学谐振腔,如图11-5所示。在工作物质的两端各放置一 块反射镜,它们相互平行,且垂直于谐振腔的主轴,其中一块为全反 射镜,另一块为部分反射镜。处于粒子数反转分布的工作物质初 始的光辐射来自于自发辐射,即处于亚稳态能级的某个原子自发 跃迁到低能级而辐射出光子,在这些光子中,不沿谐振腔轴线方向 第11章 激光及其医学应用
第11章激光及其医学应用运动的光子就很快地通过谐振腔的侧面射出腔外：而沿谐振腔轴线方向运动的光子则通过谐振腔两端的反射镜反射作用在腔内往复地传播，假设其中的一个光子在传播途中若遇到一个处于亚稳态原子，则会激励该原子发生受激辐射，产生一个与它本身特性完全相同的新光子。这样，沿谐振腔轴线方向运动的光子数目会成倍地增加，受激辐射的强度也越来越大，从而在谐振腔内形成光振荡。由于一端是部分反射镜（反射率通常为90%），从这一端反射镜透射出来的光就形成了激光束
运动的光子就很快地通过谐振腔的侧面射出腔外;而沿谐振腔轴 线方向运动的光子则通过谐振腔两端的反射镜反射作用在腔内往 复地传播,假设其中的一个光子在传播途中若遇到一个处于亚稳 态原子,则会激励该原子发生受激辐射,产生一个与它本身特性完 全相同的新光子。这样,沿谐振腔轴线方向运动的光子数目会成 倍地增加,受激辐射的强度也越来越大,从而在谐振腔内形成光振 荡。由于一端是部分反射镜(反射率通常为90%),从这一端反射镜 透射出来的光就形成了激光束。 第11章 激光及其医学应用