激光工作原理

激光工作原理
激光，即光的放大与产生的受激辐射，是一种高度集中的电磁波，
具有高度的单色性、高度的亮度和高度的相干性。

激光的工作原理是
通过受激辐射实现的，以下将详细介绍激光工作原理的过程。

1. 激发能级
激光通过激发原子、分子或固体晶体中的电子跃迁来实现的。

物质
的能级结构中，通常存在一个基态和一些激发态。

通过能量输入，将
基态的电子激发到一个比基态能量更高的激发态，此激发态即为激发
能级。

2. 受激辐射
受激辐射是激发态中的电子跃迁到更低的激发态时，产生的一种特
殊的辐射过程。

当处于激发态的原子或分子受到来自外界的一个与其
跃迁能量相同的能量激励时，其电子会跃迁到更低的激发态，并在跃
迁过程中放出一个与激励光完全一致的光子。

这个过程称为受激辐射。

3. 扩散与自发辐射
激发态的粒子在短时间内会发生扩散和自发辐射的过程。

扩散是指
粒子随机地发生跃迁，从一个激发态跃迁到另一个激发态。

自发辐射
则是指粒子的一个电子从激发态跃迁到更低的激发态，并释放出光子。

4. 驻波放大
当物质处于一个开放的谐振腔内时，光会在腔内的两个平行反射镜之间来回反射。

这种反射会导致形成驻波，其中某些位置具有较高的场强。

当一束光进入腔内时，如果该光与驻波的波长相等，它将在腔内来回传播，同时逐渐放大。

这个过程称为驻波放大。

5. 激光输出
当激发能级中的粒子不断经历扩散、受激辐射和自发辐射，使得激发态的粒子数增加到一定程度时，可以实现激光输出。

此时，在谐振腔中的光子发生受激辐射会促使其他处于激发态的粒子跃迁到基态，并从腔内逃逸出来，形成激光的输出光束。

总结：
激光的工作原理是通过激发能级、受激辐射、扩散、自发辐射、驻波放大和激光输出等过程实现的。

从能级结构的角度来看，激光的产生与受激辐射是密切相关的；而从光学装置的角度来看，驻波放大和谐振腔的构造对激光的输出至关重要。

激光工作原理的理解和应用，对于激光技术的进一步发展具有重要的意义。