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激光原理第一章第1页，共28页，星期日，2025年，2月5日粒子数的正常分布？处于低能级上的粒子数在热平衡情况下总是多于高能级上的粒子数，受激吸收占优势粒子数的反转分布？高能级上的粒子数大于低能级上的粒子数如何实现粒子数反转？把大量的粒子从低能级“搬运”到高能级的过程，称为泵浦或激励；“搬运”粒子的工具－“光泵”泵浦系统为实现粒子数反转提供外界能量(Apumpingprocessisrequiredtoexciteatomsinthelasermediumintotheirhigherquantum-mechanicalenergylevels.)1、泵浦系统—粒子搬迁的动力第2页，共28页，星期日，2025年，2月5日激励不仅要快，还有强有力激励作用是通过消耗一定的能量来实现的，产生受激辐射所需要的最小激励能量称为激光器的阈值（threshold）激励方式（Practicallasermaterialscanbepumpedinmanyways.）根据不同激光工作物质的不同而异。如固体工作物质常用强光照射激励，简称光激励；气体工作物质吸收光谱多在紫外波段，多采用气体放电的电子碰撞激励方法第3页，共28页，星期日，2025年，2月5日光激励---用光照射工作物质，工作物质吸收光能后产生粒子数反转，可采用高效率、高强度的发光灯、太阳能和激光放电激励---在放电过程中，气体分子（或原子，离子）与被电场加速的电子碰撞，吸收电子能量后跃迁到高能级，形成粒子数反转热能激励---用高温加热方式使高能级上气体粒子数增加，然后突然降低气体温度，因高、低能级的热驰豫时间不同，可使粒子数反转化学能激励——利用化学应过程中释放的能量来激励粒子，建立粒子数反转。为产生化学反应，一般还需采用一定的引发措施，如采用光引发、电引发、化学引发等方式核能激励——用核裂变反应放出的高能粒子、放射线或裂变碎片等来激励工作物质，也可实现粒子数反转第4页，共28页，星期日，2025年，2月5日激励只是一个外部条件，激光的产生还取决于合适的工作物质二能级系统能否实现粒子数反转???亚稳态能级：需要一个可以有较长寿命且能贮存大量粒子的能级，经过不断激发，粒子数反转就能实现，这样的能级称为“亚稳态能级”可能实现粒子数反转分布的系统可归结为三能级系统和四能级系统2、工作物质——激光产生的内因第5页，共28页，星期日，2025年，2月5日谐振腔的作用：模式选择、提供轴向光波模的反馈谐振腔是激光器的重要部件，不仅是形成激光振荡的必要条件，而且还对输出的模式、功率、光束发散角等均有很大影响谐振腔由全反射镜和部分反射镜（输出反射镜）组成，激光由部分反射镜输出。根据实际情况选用稳定腔、非稳腔或临界稳定腔3、谐振腔第6页，共28页，星期日，2025年，2月5日工作物质形态---可以分为气体、固体、半导体、液体等工作方式---连续工作(CWorcontinuouswavelasers)和脉冲工作(Pulsedlasers)激光技术---调Q激光器(Q-switchedlasers)、锁模激光器(Modelockedlasers)、倍频激光器(Frequencydoublinglasers)、可调谐激光器(Tunablelasers)、单模和多模激光器(Single-modeandMulti-modelasers)等激光器的分类第7页，共28页，星期日，2025年，2月5日气体激光器:以气体或金属蒸气为发光粒子第8页，共28页，星期日，2025年，2月5日气体激光器的激励方式很多，最普通的激励方式是气体放电激励。气体激光器的工作物质种类多，又能采用多种激励方式，所以覆盖的波段宽，从紫外到亚毫米波。是目前种类最多、激励方式最多样化、激光波长分布区域最宽、应用最广泛的一类激光器。第9页，共28页，星期日，2025年，2月5日氦一氖气体激光器：原子激光器类，1961年实现激光输出，多采用连续工作方式，输出功率与放电毛细管长度有关；输出激光方向性好，（发散角达1mrad以下），单色性好（??可小于20Hz），输出功率和波长能控制得很稳定He-Ne激光器的结构形式很多，但都是由激光管和激光电源组成。激光管由放电管、电极和光学谐振腔组成，放电管是He-Ne激光器的心脏，是产生激光的地方，放电管通常由毛细管和贮气室构成。He-Ne(氦-氖)激光器(helium-neongaslaser)第10页，共28页，星期日，2025年，2月5日由于增益低，谐振腔一般用平凹腔放电管中充入一定比例的氦（He）、氖（Ne）气体，当