2.4激光产生的条件光的受激辐射

要使受激辐射胜过受激吸收而占优势，必须使高能态原 子数大于低能态原子数，这种分布称为粒子数反转分布。
要形成粒子数反转，必须具备下述条件： 1.首先要有能实现离子数反转分布的物质，称为 激光工作物质。这种物质要具有合适的能级结构； 2.其次要有必要的激励能源。可将能量给激活物质， 使尽可能多的粒子吸收能量后跃迁到高能态实现粒 子数反转。这一能量供应过程称为“激励”， “抽 运”或“光泵”。 在激光发射过程中，必须不断维持粒子数反转状态。
8 2 hν ( , T ) . hν / kT 3 c e 1
在ρ(ν,T)作用下,自发辐射、受激辐射和受激 吸收三个过程同时发生。
在热平衡(T一定)下,E1、E2上的粒子数应保持不 变,且满足玻尔兹曼定律：
h n2 kT e n1Βιβλιοθήκη Baidu
由此,爱因斯坦也得到了一个关于ρ(ν,T)的表示式：
A21 B12 hν / kT ( , T ) . [e 1]1 B21 B21
2 粒子数反转 激光是通过受激辐射来实现放大的光。 当光照射原子系统时，如果吸收的光子数多于受激辐 射的光子数，总的效果不是光放大，而是光在减弱。只有 当受激辐射的光子数多于被吸收的光子数时，才能实现光 放大。
2.3
激光产生的条件
1
激光的产生的基本原理 A21/B21=8πhν3/c3 (1.1)
(1)爱因斯坦关系
B12=B21
A21：爱因斯坦自发辐射系数。
(1.2)
B21：称为爱因斯坦受激辐射系数。 B12：称为爱因斯坦受激吸收系数。
1
激光的产生的基本原理
描述普通热光源(视为黑体)发光特性的普朗克公式是:
放大的能力用增益系数表示：
I ( z ) I (0)e 1 dI ( z ) G I ( z ) dz
Gz
光穿过厚度为dz介质的情况
式中G(增益的相对速率)代表光波在介质中经过单位长度路程 光强的相对增长率，也代表介质对光波放大能力的大小，将G 称为增益系数。
3 光学谐振腔
激 活 介 质
激光器的三个基本组成部分及其作用： 激活介质（工作物质）：具有适当的能级结构，能产生 受激辐射光放大。 光学谐振腔：维持光振荡，具有选方向和选频的作用。 激励能源：供给能量，使粒子数反转，达到产生激光所 需的阈值条件。
无谐振腔时受激辐射的方向是随机的
激励能源 激励能 源
激光 激光 全反射镜 全反射镜 部分反射镜 部分反射镜
谐振腔对光束方向的选择性
光在谐振腔内振荡传播形成以反射镜为节点的驻波。 由驻波条件可知，加强的光必须满足：
lk

2
k 1, 2,3
其中 l 为谐振腔的长度， 为波长。 波长不满足上述条件的光很快减弱而被淘汰，所以 谐振腔又起到选频作用，保证了所输出激光的单色性。
从光与物质相互作用的三个过程同时发生的观 点看,n2>n1反转条件的意义在于,当一束外来光 入射后,受激辐射光将放大由于受激吸收而减少的 光,总效果将使入射光得到放大,称为光的受激辐射 放大。
粒子数反转状态的内部条件是，激光物质必须具 有丰富的泵浦吸收带和寿命较长的亚稳态激光上 能级;外部条件则是要求泵浦速率大于激光上能级 向下自发跃迁的速率。