激光的產(chǎn)生與應(yīng)用

1、 激光的產(chǎn)生及其應(yīng)用 激光產(chǎn)生激光產(chǎn)生u受激吸收（簡(jiǎn)稱吸收） u自發(fā)輻射 u受激輻射、激光 受激吸收受激吸收 處于較低能級(jí)的粒子在受到外界的激發(fā)（即與其他的粒子發(fā)生了有能量交換的相互作用，如與光子發(fā)生非彈性碰撞），吸收了能量時(shí)，躍遷到與此能量相對(duì)應(yīng)的較高能級(jí)。這種躍遷稱為受激吸收。 自發(fā)輻射自發(fā)輻射 粒子受到激發(fā)而進(jìn)入的高能態(tài)，不是粒子的穩(wěn)定狀態(tài)，如存在著可以接納粒子的較低能級(jí)，既使沒有外界作用，粒子也有一定的概率，自發(fā)地從高能級(jí)（E2）向低能級(jí)（E1）躍遷，同時(shí)輻射出能量為（E2-E1）的光子，光子頻率 =（E2-E1）/h。這種輻射過(guò)程稱為自發(fā)輻射。眾多原子以自發(fā)輻射發(fā)出的光，不具有相位、

2、偏振態(tài)、傳播方向上的一致，是物理上所說(shuō)的非相干光。 受激輻射1917年愛因斯坦從理論上指出：除自發(fā)輻射外，處于高能級(jí)E2上的粒子還可以另一方式躍遷到較低能級(jí)。他指出當(dāng)頻率為=（E2-E1）/h的光子入射時(shí)，也會(huì)引發(fā)粒子以一定的概率，迅速地從能級(jí)E2躍遷到能級(jí)E1，同時(shí)輻射一個(gè)與外來(lái)光子頻率、相位、偏振態(tài)以及傳播方向都相同的光子，這個(gè)過(guò)程稱為受激輻射。可以設(shè)想，如果大量原子處在高能級(jí)E2上，當(dāng)有一個(gè)頻率 =（E2-E1）/h的光子入射，從而激勵(lì)E2上的原子產(chǎn)生受激輻射，得到兩個(gè)特征完全相同的光子，這兩個(gè)光子再激勵(lì)E2能級(jí)上原子，又使其產(chǎn)生受激輻射，可得到四個(gè)特征相同的光子，這意味著原來(lái)的光信號(hào)被

3、放大了。這種在受激輻射過(guò)程中產(chǎn)生并被放大的光就是激光 1916 1958 1960.5.15 1960 粒子數(shù)反轉(zhuǎn) 愛因斯坦1917提出受激輻射，激光器卻在1960年問(wèn)世，相隔43年，為什么？主要原因是，普通光源中粒子產(chǎn)生受激輻射的概率極小。 當(dāng)頻率一定的光射入工作物質(zhì)時(shí)，受激輻射和受激吸收兩過(guò)程同時(shí)存在，受激輻射使光子數(shù)增加，受激吸收卻使光子數(shù)減小。物質(zhì)處于熱平衡態(tài)時(shí)，粒子在各能級(jí)上的分布，遵循平衡態(tài)下粒子的統(tǒng)計(jì)分布律。按統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，處在較低能級(jí)E1的粒子數(shù)必大于處在較高能級(jí)E2的粒子數(shù)。這樣光穿過(guò)工作物質(zhì)時(shí)，光的能量只會(huì)減弱不會(huì)加強(qiáng)。要想使受激輻射占優(yōu)勢(shì)，必須使處在高能級(jí)E2的粒子數(shù)大于處在低能級(jí)E1的粒子數(shù)。這種分布正好與平衡態(tài)時(shí)的粒子分布相反，稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，簡(jiǎn)稱粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。如何從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是產(chǎn)生激光的必要條件。 特點(diǎn)特點(diǎn) 定向發(fā)光定向發(fā)光 亮度極高亮度極高 顏色極純顏色極純 能量密度極大能量密度極大 激光的技術(shù)應(yīng)用激光的技術(shù)應(yīng)用1.激光加工系統(tǒng)。包括激光器、導(dǎo)光系統(tǒng)、加