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激光是如何产生的?

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能量被吸收在介质中,在原子中产生激发态。当激发态的粒子数多于基态或少于其他激发态时,可以实现种群反演。在这种条件下,受激发射的机制得以启动,介质因此可以作为激光或光放大器使用。泵浦功率需要高于激光器的激光阈值。泵浦能量通常以光或电的形式提供,但也有使用化学或核反应等更多外来能量来源的情况。
激光产生的条件包括:
1. 增益介质:选择合适的工作物质是激光产生的关键,可以是气体、液体或固体。这些介质中能够实现粒子数反转,从而产生激光。亚稳态能级的存在对于实现粒子数反转非常有利。目前有近千种工作介质,能够产生的激光波长范围从真空紫外到远红外,非常广泛。但从激光器输出的激光性能来看,对使用的工作物质有一定的要求,包括光学性质均匀、光学透明性良好、性能稳定以及具有较长寿命的亚稳态能级和高量子效率。
2. 泵浦源:为了在介质中实现粒子数反转,必须激励原子体系,增加处于上能级的粒子数。这可以通过气体放电利用具有动能的电子激发介质原子(电激励),或者使用脉冲光源照射工作介质(光激励),还有热激励、化学激励等方法。这些激励方式被称为泵浦或抽运。为了持续输出激光,必须不断进行“泵浦”以维持上能级粒子数比下能级多的状态。
3. 谐振腔:尽管有合适的工作物质和泵浦源可以实现粒子数反转,但产生的受激辐射强度很弱,无法直接应用。因此,人们使用光学谐振腔来放大激光。光学谐振腔实际上是在激光器的两端安装两块反射率很高的镜子,一块几乎全反射,另一块大部分反射并让少量光透射出去。这样,激光可以透过透射镜发射出去,而被反射回工作介质的光继续引发新的受激辐射,光由此被放大。光在谐振腔中来回振荡,形成连锁反应,像雪崩一样放大,最终从部分反射的镜子一端输出强烈的激光。
参考资料来源:
- 百度百科-泵浦
- 百度百科-激光泵浦

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