激光器是控制受激原子的光子釋放方式的設備。“Laser”是light amplification by stimulated emission of radiation(受激輻射光放大)的簡稱。這一名稱簡要的描述了激光器的工作原理。 雖然激光器種類繁多,但它們都有一些基本特征。激光器中,激光介質須經過泵激使原子處于激發狀態。一般來說,高強度閃光或放電可以泵激介質,進而產生大量激發狀態的原子(含高能電子的原子)。而激光器要有效運行就必須要有大量處于激發狀態的原子。一般來說,原子必須受激上升到基態以上兩到三個能量層級。這就提高了粒子數反轉的程度。粒子數反轉是指處于激發態的原子和處于基態的原子之間的數量比。 激光介質受到泵激后,其中就包括一批帶有激發態電子的原子。受激電子所含能量比低層級電子的能量高。就像電子可以吸收一定能量達到激發態一樣,電子也可以釋放這種能量。如下圖所示,電子只要向低層級躍遷,就會釋放部分能量。釋放的能量轉化為光子(光能)的形式。發射出的光子具有特定的波長(顏色),這取決于釋出光子時電子的能量狀態。兩顆擁有相同電子狀態的原子會釋放出相同波長的光子。
你好,是指為使激光工作物質實現并維持粒子數反轉而提供能量來源的機構或裝置。根據工作物質和激光器運轉條件的不同,可以采取不同的激勵方式和激勵裝置,常見的有以下四種。①光學激勵(光泵)。是利用外界光源發出的光來輻照工作物質以實現粒子數反轉的,整個激勵裝置,通常是由體放電光源(如氙燈、氪燈)和聚光器組成,這種激勵方式也稱作燈泵浦。②氣體放電激勵。是利用在氣體工作物質內發生的氣體放電過程來實現粒子數反轉的,整個激勵裝置通常由放電電極和放電電源組成。③化學激勵。是利用在工作物質內部發生的化學反應過程來實現粒子數反轉的,通常要求有適當的化學反應物和相應的引發措施。④核能激勵。是利用小型核裂變反應所產生的裂變碎片、高能粒子或放射線來激勵工作物質并實現粒子數反轉的。
激光工作物質 是指用來實現粒子數反轉并產生光的受激輻射放大作用的物質體系,有時也稱為激光增益媒質,它們可以是固體(晶體、玻璃)、氣體(原子氣體、離子氣體、分子氣體)、半導體和液體等媒質。對激光工作物質的主要要求,是盡可能在其工作粒子的特定能級間實現較大程度的粒子數反轉,并使這種反轉在整個激光發射作用過程中盡可能有效地保持下去;為此,要求工作物質具有合適的能級結構和躍遷特性。
除自由電子激光器外,各種激光器的基本工作原理均相同,產生激光的必不可少的條件是粒子數反轉和增益大過損耗,所以裝置中必不可少的組成部分有激勵(或抽運)源、具有亞穩態能級的工作介質兩個部分。激勵是工作介質吸收外來能量后激發到激發態,為實現并維持粒子數反轉創造條件。激勵方式有光學激勵、電激勵、化學激勵和核能激勵等。工作介質具有亞穩能級是使受激輻射占主導地位,從而實現光放大。激光器中常見的組成部分還有諧振腔,但諧振腔( 見光學諧振腔)并非必不可少的組成部分,諧振腔可使腔內的光子有一致的頻率、相位和運行方向,從而使激光具有良好的方向性和相干性。而且,它可以很好地縮短工作物質的長度,還能通過改變諧振腔長度來調節所產生激光的模式(即選模),所以一般激光器都具有諧振腔。
原子是永恒運動著的。它們不停地振動、移動和旋轉,我們雖然無法看到電子的離散軌道,如果我們對原子加熱,處于低能量軌道上的部分電子可能受激發而躍遷到距離原子核更遠的高能量軌道。盡管這種描述很簡單,但它確實揭示了原子形成激光的核心原理。電子躍遷至更高能軌道后,最終仍要回到基態。在此過程中,電子以光子(一種光線粒子)的形式釋放能量。您會發現,原子不斷地以光子形式釋出能量。例如,烤箱中的加熱元件變成亮紅色,其中的紅色就是由于原子受熱激發而釋放的紅色光子。觀看電視屏幕上的圖像時,您看到的其實是磷原子受高速電子激發所釋放的各種不同顏色的光線。任何發光物體,包括熒光燈、煤氣燈、白熾燈,都是通過改變電子軌道并釋放光子來發光的。激光器是控制受激原子的光子釋放方式的設備,這一名稱簡要的描述了激光器的工作原理。