§4激光的产生.PDFVIP

4 激光的产生 Laser”是 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”的缩写。 1 ．激光器的结构 1）一般激光器 的结构： 激光工作物质、 激励系统以及 光学谐振腔 2）激励能源 供给激光工作物质能量，抽运粒子到较高 激发态上，为实现粒子数反转创造条件。 3）激光工作物质 （激活介质或增益介质） （1）定义：用来实现粒子数反转并产生 光的受激辐射放大作用的粒子体系， 是激光器的核心。 （2）种类：固体 （如晶体、玻璃）、气体 （原子气体、离子气体、分子气体）、 半导体和液体等介质。 （3）特性：具有合适的能级结构和好的 粒子数反转特性 4）两类激光器 （1）激光振荡器：具有光学谐振腔， 激光在腔内 次往返形成持续振荡。 （2）激光放大器：不具有光学谐振腔， 入射激光通过增益介质获得单次或 有限次数行波式放大。 2 ．激活介质中粒子数反转分布的实现 1）二能级系统不能实现粒子数反转 （1）定义：有基态 和第一激发态E E1 2 的能级系统 （2）T 300K 时， / 10 170， N N 2 1 绝大 数粒子处于基态。 （3）抽运过程 （a）刚开始时： N1 N 2 ，由(dN ) B u(n )N dt 12 吸收 12 1 和 n 可知， (dN 21 )受激 B21u( )N 2 dt 随着光子数u(n ) 的迅速增加，向上跃 迁的粒子数远大于向下跃迁的粒子数， N N 很快减少， 迅速增加。 1 2 N N （b）当 接近 时，由于B B ，同时 2 1 12 21 存在(dN 21 )自发 A21N 2 dt 的自发辐射 N N 过程， 会始终多于 ，无法实现 1 2 粒子数反转（N 2 N1 ）。 2）三能级系统能够实现粒子数反转， 但效率不高。 E E （1）三能级中， 为基态， 和 为 E1 2 3