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激光产生的原理
激光是一种高度集中的光束，具有单色性、相干性和高亮度的特点，广泛应用
于医疗、通信、制造等领域。
激光产生的原理主要涉及光的放大、受激辐射和共振三个基本过程。
首先，激光的产生需要一个光学腔。
光学腔内有两个镜子，一个是部分透明的，另一个是完全反射的。
当外界光源照射到部分透明镜上时，一部分光被反射，一部分光穿过镜子。
被反射的光再次经过光学腔内的介质，激发介质内的原子或分子跃迁到高能级，形成光子。
这些光子被反射镜反射回去，与原子或分子碰撞，使其跃迁产生更多的光子，形成光的放大。
其次，激光的产生还涉及受激辐射。
在光学腔内，光子与原子或分子碰撞，使
其跃迁产生更多的光子，这种过程被称为受激辐射。
在受激辐射的作用下，光子的数量呈指数级增长，形成了激光光束。
最后，激光的产生还需要共振的条件。
光学腔内的两个镜子形成了光的共振腔，使得光子在腔内来回多次反射，增强了光的放大效应。
当光子的数量增加到一定程度时，就会形成高度集中的激光光束。
总的来说，激光产生的原理是通过光的放大、受激辐射和共振三个基本过程共
同作用，形成高度集中的光束。
这种原理不仅在科研领域有着重要的应用，也在工业生产和医疗诊疗中发挥着重要作用。
对激光产生原理的深入理解，有助于我们更好地利用激光技术，推动科技进步和社会发展。
激光产生原理激光（Laser）是一种具有高度相干性、高亮度和狭窄频谱特性的光源。
激光产生原理主要是通过受激辐射过程来实现的。
激光的产生需要一个激活介质，通常是由激活原子、分子或离子构成的。
当激活介质受到外部能量激发后，就会产生光子，并且这些光子会受到介质的影响而呈现出高度的相干性。
接下来，我们将详细介绍激光产生的原理。
首先，激光的产生需要一个激活介质。
激活介质通常是由具有多个能级的原子、分子或离子构成。
这些能级之间存在着能量差，当激活介质受到外部能量激发时，会使得一部分原子或分子跃迁到更高能级，形成一个发射态。
其次，激活介质中的发射态原子或分子会在受到外部刺激（如光或电）后，发生受激辐射。
这种受激辐射会导致原子或分子跃迁回到较低的能级，并释放出光子。
这些光子具有与受激辐射刺激光子相同的频率、相位和方向，因此呈现出高度的相干性。
最后，激活介质中的发射态原子或分子在受激辐射后，会引发光子的传播和放大，形成激光。
这种放大过程是通过光子在激活介质中的多次反射和受激辐射而实现的。
最终，激光通过光学共振腔的反射和透射，得到高度相干、高亮度和狭窄频谱的激光光束。
总的来说，激光产生的原理是通过受激辐射过程实现的。
激活介质的激发、受激辐射和光子的放大是激光产生的关键步骤。
而激光的高度相干性、高亮度和狭窄频谱特性，则是由于受激辐射过程的特殊性质所决定的。
在实际应用中，激光具有广泛的用途，包括激光切割、激光焊接、激光医疗、激光测距、激光通信等领域。
因此，对激光产生原理的深入理解和研究，不仅有助于提高激光技术的应用水平，也有助于推动激光技术在各个领域的发展和创新。
总之，激光产生原理是通过受激辐射过程实现的，激活介质的激发、受激辐射和光子的放大是激光产生的关键步骤。
激光具有高度相干性、高亮度和狭窄频谱特性，这些特性决定了激光在各个领域的广泛应用。
对激光产生原理的深入理解和研究，有助于推动激光技术的发展和创新。
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激发的过程是一个“受激吸收”过程。
处在高能级（E2）的电子寿命很短（一般为10－8～10－9秒），在没有外界作用下会自发地向低能级（E1）跃迁，跃迁时将产生光（电磁波）辐射。
辐射光子能量为hυ=E2-E1这种辐射称为自发辐射。
原子的自发辐射过程完全是一种随机过程，各发光原子的发光过程各自独立，互不关联，即所辐射的光在发射方向上是无规则的射向四面八方，另外未位相、偏振状态也各不相同。
由于激发能级有一个宽度，所以发射光的频率也不是单一的，而有一个范围。
在通常热平衡条件下，处于高能级E2上的原子数密度N2，远比处于低能级的原子数密度低，这是因为处于能级E的原子数密度N的大小时随能级E的增加而指数减小，即N∝exp(-E/kT)，这是著名的波耳兹曼分布规律。
于是在上、下两个能级上的原子数密度比为N2/N1∝exp{-(E2-E1)/kT}式中k为波耳兹曼常量，T为绝对温度。
因为E2>E1，所以N2《N1。
例如，已知氢原子基态能量为E1＝－13.6eV，第一激发态能量为E2=-3.4eV，在20℃时，kT≈0.025eV，则N2/N1∝exp（－400）≈0可见，在20℃时，全部氢原子几乎都处于基态，要使原子发光，必须外界提供能量使原子到达激发态，所以普通广义的发光是包含了受激吸收和自发辐射两个过程。
激光产生的基本原理
激光，全称为“光电激射”，是一种特殊的光线，具有高度的单色性、方向性和相干性。
激光的产生基于激光的三个基本原理：受激发射、光学放大和光学共振。
让我们来了解一下受激发射。
在一个原子或分子中，电子围绕原子核运动，处于不同的能级。
当一个电子处于高能级时，如果它受到足够的能量激发，就会跃迁到更高的能级。
而当这个电子从高能级回到低能级时，会释放出能量，这种能量以光子的形式发射出来，这就是受激发射的过程。
接下来是光学放大。
在一定条件下，通过受激发射产生的光子可以被其他原子或分子吸收，使它们的电子跃迁到高能级。
这样就形成了一个光子的“雪崩效应”，光子的数量和能量逐渐增加，产生了光的放大效应。
最后是光学共振。
在激光器中，通常有两个镜子，一个是半透射镜，另一个是全反射镜。
当光子在两个镜子之间来回反射时，只有在特定的波长下，光子才会受到增强，其他波长的光子则会被滤除。
这种在谐振腔内的光子反复受到增强的过程就是光学共振。
通过受激发射、光学放大和光学共振这三个基本原理，激光得以产生。
在现代科技中，激光已经被广泛应用于各个领域，如激光医学、激光通信、激光切割等。
激光的特点使其在精密加工、精确测量、
信息传输等方面具有重要作用。
总的来说，激光的产生基于受激发射、光学放大和光学共振这三个基本原理，这些原理的相互作用使得激光成为一种独特而强大的光线。
随着科技的不断发展，相信激光技术将会在更多领域展现出其无限的潜力。
激光原理总结⼀共四章§Chapter 1爱因斯坦系数/激光产⽣条件/激光结构/激光优点1. ⾃发辐射: 上能级粒⼦，⾃发地从E2能级跃迁到E1能级，并辐射出光⼦2. 受激辐射: 上能级粒⼦，遇到能量等于能级差的光⼦，在光⼦激励下，粒⼦从E2能级跃迁到E1能级，并辐射出⼀个与⼊射光⼦完全相同的光⼦3. 受激吸收: 下能级粒⼦，遇到能量等于能级差的光⼦，在光⼦激励下，粒⼦从E1能级跃迁到E2能级，并吸收⼀个⼊射光⼦三个爱因斯坦系数：dn21=A21n2dt(⾃发辐射)dn′21=B21n2ρv dt(受激辐射)dn12=B12n1ρv dt(受激吸收)三个爱因斯坦系数的关系：A21 B21=8πhν3 c3B12g1=B21g2粒⼦数反转分布状态:dn′21 dn12=g1n2g2n1>1受激辐射⼤于受激吸收,打破波尔兹曼分布。
此时可称“得到增益”。
⽽普通情况下，受激辐射/⾃发辐射较⼩（计算参看讲义）。
总结：产⽣激光的基本条件是“粒⼦数反转分布和增⼤⼀⽅向上的光能密度”激光器的基本结构：1. ⼯作物质：增益介质/粒⼦数反转/上能级为亚稳态2. 激励装置：能源/光/电3. 谐振腔：反馈/光强/模式三能级系统：亚稳态寿命长，阈值⾼，转换效率低。
如红宝⽯激光器四能级系统：阈值低，连续运转，⼤功率。
如He-Ne激光器的优点：1. 相⼲性好：受激辐射的光具有相⼲性，相⼲长度L c=λ2Δλ，相⼲时间τ=L cc2. ⽅向性好：谐振腔3. 单⾊性好4. 亮度⾼：受激辐射的光强⼤§Chapter 2稳定性/模式分析/⾼斯光束腔的分类参考Ch2-P1光腔的稳定性条件：傍轴模在腔内往返⽆限多次不逸出腔外,数学形式如下g 1=1−L R 1,g 2=1−L R 20≤g 1g 2≤1按照稳定性得到三种腔♥0<g 1g 2<1稳定腔♥g 1g 2=0org 1g 2=1临界腔♥g 1g 2<0org 1g 2>1⾮稳腔 ♥ ♥ ♥ ♥♥ ♥ bbx ♥ nnx 图解法判断腔的稳定条件Ch2-P2⽤上述条件判断各种腔的稳定性，注意曲率R 的⽅向"凹⾯向着腔内时(凹⾯镜)，R >0；凸⾯向着腔内时(凸⾯镜)，R <0"。
