激光器的工作原理讲解

激光器的工作原理讲解
激光器（laser）是一种具有高度聚光性的光源装置。

激光器的工作
原理基于光的受激辐射（stimulated emission）和光的放大（amplification）过程。

通过这两个过程，激光器能够产生一种具有高
强度、高单色性、高方向性和高相干性的光束。

激光器的工作原理可以用三个基本元素来解释：激活的激发态
（active excitation state）、辐射源（radiation source）和光反馈（optical feedback）。

下面将详细介绍这三个元素。

首先是激活的激发态。

激光器中的激活能够将电能、光能或其他能量
形式转化为光子的激发能量。

这种能量转化通常是通过能级之间的跃迁实
现的。

在普通物质中，原子和分子在基态（ground state）中，而在受激
的激发态（excited state）中，它们的能级会升高。

在这个过程中，激
发能与原子或分子激发之间的能级差有关。

第二个元素是辐射源。

辐射源提供光子的种子能量，引起原子或分子
跃迁到更低的激发态从而产生辐射。

对于大多数激光器来说，光源是通过
光泵（light pumping）实现的。

光泵通常是一种将能量以光形式输入激
光材料的装置。

这种能量输入可以以光电效应或能级跃迁的形式实现。

最后一个元素是光反馈。

光反馈是激光器成功产生激光光束的必要条
件之一、它通过反射和增强了光的干涉，从而产生了高亮度和窄谱线的光。

光反射是通过光腔（optical cavity）实现的，光腔由两个具有高反射率
的镜子组成。

其中一个镜子是一个部分透明镜，允许有限的辐射从激光器
中逃脱，从而形成一束激光。

激光器的整个工作过程如下：首先，通过光泵或其他外部能量输入，
将激活器中的原子或分子激发到高能级。

这些激发态的原子或分子会通过
受激辐射的方式向基态跃迁，并辐射出来的光子与光子种子发生相互作用。

然后，在光腔中的部分透明镜发生部分辐射，这些辐射的光子经过干
涉和增强之后，成为激光光束。

光子在两个镜子之间来回传播，并在每次
通过激活器和光腔时经过受激辐射。

最后，激发态原子或分子重新填充到激发态，待发射的光子到达光腔
的部分透明镜时，一小部分能量逃逸出来并形成激光光束。

由于光腔中的
受激辐射过程将激发态的原子或分子维持在一个较高的数目，这使得激光
器能够持续地输出激光光束。

总的来说，激光器的工作原理是通过激发原子或分子到高能级形成激
发态，并光腔中的受激辐射与光子种子相互作用，从而产生高强度、高单
色性、高方向性和高相干性的激光光束。