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E1 E4 E3 E2 “四能级” 系统 四能级系统实现粒子数反转图 激励 抽运 无辐射跃迁 自发辐射 受激辐射 吸收 激励装置也称泵浦源，其作用就是向工作物质提供能量，使激活介质中的粒子被抽运到高能态上以便实现粒子数反转分布。 由于供能形式不同，激励装置可有电子注入、光学泵浦、气体放电泵浦、粒子束泵浦、化学泵浦、热泵、核泵以及用一种激光器去泵浦另一种激光器等等之分。 2.激励装置 1951年莫茨（Motz）提出运动速度接近于光速的电子（称相对论电子）通过周期性变化的磁场或电场时会产生相干辐射,辐射的频率取决于电子的速率。自由电子激光器以真空中的相对论电子束为工作物质，通过泵浦场（周期磁场或电磁场）的相互作用产生激光。自由电子激光器可以同时具备高功率、高效率、宽波长可调谐范围等优点。 中国科学院高能物理研究所于1993年制成我国第一台红外自由电子激光装置。 自由电子激光的产生机制不同于前述激光。与普通激光器基于分子、原子能级间跃迁产生激光不同，自由电子激光是利用自由电子受激辐射产生激光。 第二节 激光的特性 一、方向性好 发散角是衡量光束方向性好坏的标志，方向性表明光能量在空间分布上的集中性。 激光束的发散角一般在10-2rad～10-4rad，与普通光束比相差10倍～104倍。 普通光源发出的自然光射向四面八方，常常使用聚光装置来改善它的方向性。 二、亮度高、强度大 亮度是衡量光源发光强弱程度的标志，表明光源发射的光能量对时间与空间方向的分布特性。 激光器由于其输出端发光面积小，光束发散角小，输出功率大，而使其亮度高，尤其是超短脉冲激光的亮度可比普通光源高出1012倍～1019倍。因此，激光器是目前世界上最亮的光源。 三、单色性好 谱线宽度是衡量单色性好坏的标志，谱线宽度越窄，颜色越纯，则单色性越好。单色性表明光能量在频谱分布上的集中性。 普通光源发出自然光的光子频率各异，含有各种颜色。 激光则由于受激辐射的光子频率(或波长)相同与谐振腔的选频作用而使其具有很好的单色性。 四、相干性好 自发辐射产生的普通光是非相干光，而受激辐射光子的特性使激光具有良好的相干性。 光的时间相干 同一地点、不同时刻发出的光相干。 光的空间相干 同一时刻、不同地点发出的光相干。 激光的时间相干性很好 ,空间相干性也很好。 激光器的问世，促使相干技术获得飞跃发展，全息摄影才得以实现。 五、偏振性好 受激辐射的特点表明激光束中各个光子的偏振状态相同。利用谐振腔输出端的布鲁斯特窗在临界角时只允许与入射面平行的光振动通过，可输出偏振光，并可对其调整。因此，激光具有良好的偏振性。 激光的特性可概括为两大方面: ①与普通光源相比，激光器所输出的光能量的特别之处不在于其大小而在于分布特性，即光能量在空间、时间以及频谱分布上的高度集中，使激光成为极强的光。 ②激光是单色的相干光，而普通光是非相干光。 第十八章 激光及其医学应用 （light amplification by stimulated emission of radiation）的简称， 在光与粒子系统相互作用所实际发生的辐射跃迁中，以上三种基本过程总是不可分割地同时存在。然而在不同的条件下它们各自发生的概率不同，因此总的宏观效果也不同。究竟哪一种跃迁占优势?这要由系统中各能级上分布的粒子数情况决定。 根据波尔兹曼统计可以得到N1，N2，△N1、N2之间的关系 处于低能级E1的原子，收到hv=E2-E1的光子照射时，可吸收跃迁到E2能级上。单位时间内发生受激吸收的几率为上述公式，其中N1为能级为E1的粒子数密度，I为入射光强度，k为比例常数。 常温下，N2远小于N1，可由波尔兹曼统计求出来，另外，当一个光子进来的时候，到底是发生受激辐射还是受激吸收，取决于上述概率，比如，光强为I的光入射，当I足够强时，忽略自发辐射的影响，则入射光的改变量（如果是吸收就是减小了，如果是受激辐射就是增加了）怎么改变？可由公式 △I 正比于 （N2-N1) I B ; 由于常温下，N2小于N1，所以△I小于零，所以是光减弱了，就无法形成激光。B为爱因斯坦系数 光在这种介质中时，随着在介质中传播的距离光强反而逐渐增加了。所以如果这种介质特别长就可以不断放大光强。但实际上是通过后面提到的光学谐振腔，利用光在这种所谓的激活介质中反复反射来增强光强。 蓝色的为激活介质。前面激活介质的性质是随着光在其中传播距离的增加，光强增加了。 教学基本要求 掌握激光的基本原理与