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*第九章现代光学基础激光(Laser)一、激光发展简史。1916年，爱因斯坦在《辐射地量子理论》提出了自发辐射、受激辐射和受激吸收的假说。1958年美国物理学家汤斯、肖洛在《物理评论》上发表论文“红外和光学激射器”，实现受激辐射的必要条件是“粒子数反转”。同年，原苏联科学家巴索夫和普罗霍罗夫发表“实现三能级粒子数反转和半导体激光器建议”论文。1959年9月汤斯又提出制造红宝石激光器的建议。1960年5月15日，美国加州休斯实验室的梅曼制造出了世界上第一台红宝石激光器。波长为694.3纳米。1964年，汤斯、巴索夫和普罗霍罗夫获诺贝尔奖。1961年8月，我国第一台红宝石激光器在中科院长春光学精密机械研究所研制成功。1987年6月，1012瓦的大功率脉冲激光系统——神光装置研制成功。(Lightamplificationbystimulatedemissionofradiation辐射的受激辐射光放大）二、玻尔的氢原子模型：（1）定态假设原子系统只能处在一系列不连续的能量状态，在这些状态中，电子虽然作加速运动，但并不辐射电磁波，这些状态称为原子的稳定状态（简称定态），相应的能量分别为。（2）频率条件当原子从一个能量为的定态跃迁到另一能量为的定态时，就要发射或吸收一个频率为的光子。玻尔频率公式（3）量子化条件在电子绕核作圆周运动中，其稳定状态必须满足电子的角动量等于的整数倍的条件。角动量量子化条件为量子数根据电子绕核作圆周运动的模型及角动量量子化条件可以计算出氢原子处于各定态时的电子轨道半径。玻尔半径电子处在半径为的轨道上运动时，可以计算出氢原子系统的能量为能量是量子化的。基态能级；的各稳定态称为受激态；时能级趋于连续。（4）氢原子轨道半径和能量的计算氢原子的能级图赖曼系巴耳末系帕邢系三、受激吸收、自发辐射、受激辐射如果原子因受满足频率条件的光的激励而跃迁到较高能态，这种过程就称为受激吸收。受激吸收没有外界作用，原子自发地由高能态跃迁到低能态，并辐射一个光子，这种过程叫自发辐射。自发辐射特点：各个原子自发辐射的光是非相干光若原子受到一个满足频率条件的外来光子的激励，由高能态跃迁到低能态，则辐射出另一同频率的光子来，这种过程叫做受激辐射。特点：各个原子受激辐射的光是相干光受激辐射四、产生激光的基本条件激光就是由受激辐射产生的被放大了的相干光。激光的英文名为“lightamplificationbystimulatedemissionofradiation”第一个字母的缩写。在通常状态下，三种跃迁同时存在，受激吸收使光子数减少，受激辐射使光子数增加。哪种跃迁占优势取决于高低能级的原子数。在通常情况下，原子在各能级上的分布服从玻尔兹曼分布定律，即在低能级上的原子数较多光通过物质时，受激吸收占优势。（1）粒子数反转要使受激辐射占优势，必须使处在高能级的原子数多于低能级的原子数，这种分布与正常分布相反，称为粒子数布居反转分布。粒子数反转通过给物质提供能量，可以使较多的原子跃迁到高能级，如果物质具有亚稳态，就能实现粒子数反转。存在粒子数反转分布的物质称为激活介质。在激活介质的两端安置两块反射镜面，一个是全反射镜，一个是部分反射镜，这对反射镜面及其间的空间称为光学谐振腔。（2）光学谐振腔要得到方向性和单色性很好的激光，还必须采用光学谐振腔。光学谐振腔对光的方向选择性最初的受激辐射源于自发辐射，只有与反射镜轴向平行的一定波长的光能在激活介质内来回反射，雪崩式地放大，在一定条件下形成稳定的强光光束，从部分反射镜面输出，得到激光。（3）阈值条件在谐振腔内，除了有光的增益，还存在工作物质对光的吸收、散射以及反射镜的吸收和透射等造成的各种损耗，只有当光在谐振腔内来回一次所得的增益大于损耗时，才能形成激光。增益大于损耗的条件称为阈值条件。在设计谐振腔时，可以有选择地使对特定波长的光满足阈值条件，使该波长的光形成激光输出。五.激光器的组成和常见激光器常用激光器由三部分组成：工作物