激光器的工作原理

　　激光器是指能夠產(chǎn)生激光的自激振蕩器。

　　要使得光產(chǎn)生振蕩，必須先使光得到放大，而產(chǎn)生光放大的前提，由前面的討論可知，是物質(zhì)巾的受激輻射必須大于受激吸收。因此，受激輻射是產(chǎn)生激光的關(guān)鍵。

　　1.粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布與光放大之間的關(guān)系

　　由物理學(xué)知道，在正常狀態(tài)下，在熱平衡系統(tǒng)中，低能級上的電子多，高能級上的電子少，如設(shè)低能級上的粒子密度為N-，高能級上的粒子密度為N：，在正常狀態(tài)時(shí)N，>N：，那么在單位時(shí)間內(nèi)，從高能級躍遷到低能級上的粒子數(shù)總是少于從低能級躍遷到高能級上的粒子數(shù)，因此，這時(shí)受激吸收大于受激輻射。也就是在熱平衡條件下，物質(zhì)不可能有光放大作用。

　　要想物質(zhì)能夠產(chǎn)生光的放大，就必須使受激輻射作用大于受激吸收作用，也就是必須使Nz>N·。這種粒子數(shù)一反常態(tài)的分布，稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。因此，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)是使物質(zhì)產(chǎn)生光放大的必要條件。

　　我們將處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)的物質(zhì)稱為增益物質(zhì)或激活物質(zhì)。

　　激光器的基本組成

　　一個電的振蕩器，必須包括放大部分、振蕩回路與反饋系統(tǒng)。而激光振蕩器也必須具備完成以上功能的部件，因此，它必須包括以下3個部分：能夠產(chǎn)生激光的工作物質(zhì)，能夠使工作物質(zhì)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)的激勵源，能夠完成頻率選擇及反饋?zhàn)饔玫墓鈱W(xué)諧振腔。下面分別進(jìn)行介紹。

　　(1)能夠產(chǎn)生激光的工作物質(zhì)

　　能夠產(chǎn)生激光的工作物質(zhì)也就是可以處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)的工作物質(zhì)，是產(chǎn)生激光的前提。

　　這種物質(zhì)必須有確定能級的原子系統(tǒng)，也就是可以在所需要的光波范圍內(nèi)輻射光子。經(jīng)過分析可知，在i能級以上系統(tǒng)中，可以得到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。

　　(2)泵浦源

　　使工作物質(zhì)產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的外界激勵源稱為泵浦源。物質(zhì)在泵浦源的作用下，使粒子從低能級躍遷到較高能級，使得N：>N，。在這種情況下，受激輻射大于受激吸收，從而有光放大作用。

　　這時(shí)的工作物質(zhì)已被激活，成為激活物質(zhì)或稱增益物質(zhì)。

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