文档介绍：激光原理研究及应用
一、激光的基本知识
1、什么是激光
激光是二十世纪六十年代出现的重大科学技术成就之一。世界第一台激光器是固体激光一红宝石激光器，问世于1960年7月。世界第一台氦氖激光器是1961年诞生的。激光的出现深化了人态原子内能为零,而是说由于电子运动“轨道”的变化所引起的原子内能的变化是从这里算起的。
2、原子数目按能级分布
在正常情况下，能级较低的能级上原子数目多，
能量较高的能级上原子数目要少一些。
基态的原子数最多。这种分布是波耳兹曼分布律，通常称为粒子正常分布。下图2分别示出原子数分布情况和分布曲线。由图可看出，低能级E1上的原子数N1比高能级E2 的原子数N2大。
A
3、能级跃迁
A、激发
一般原子系统中，绝大多数的原子不是处于低能级的基态，而是处于高能级的激发状态的原子数目，相比之下是非常少的。例如：在室温（27〜28°C ）的情况下，红宝石晶体中处于基态的格离子数目为激发态的1030倍，因此，红宝石格离子基本上是处于基态的。如果要使这些处于基态的粒子产生辐射作用，首先必须把这些基态上的粒子激发到高能级去，从低能级到高级去的这一过程称为激发或抽运。这个吸收能量的过程，称做光的受激吸收。激发的方法很多，主要是给基态粒子外加一定能量，例如光照、电子碰撞、分解或化合以及加热等。基态粒子吸收能量后即被激发，例如红宝石激发器就是脉冲氙灯照射的方法施加光能,使格离子从基态激发到高能级的激发态上。又如氦一氖激光器通过电子与氦原子碰撞，使氦原子获得能量。氦原子通过碰撞又将能量传给氖原子，氖原子获得能量后从基态
激发到高能级去。化学激发器是用分解或化合的方法作为激发能源。由于原子内部结构的不同，在相同的外界条件下，原子从基态被激发到各个高能级去的可能性是不一致的。通常把原子从基态激发到某一能级上去的可能性，叫做该能级的“激发机率”。各能级的激发机率是不同的，有的很大，有的很小，这种机率取决于物质自身的性质。
B、跃迁
原子（或分子、离子）总是力图使自己的能量状态处于基态上，被激发到高能级后的粒子，力图回到基态上去，与此同时放出激发时所吸收的能量。基态是粒子能量最平衡最稳定的状态，从高级回到低能级去的过程称为跃迁，跃迁时释放的能量即辐射。跃迁的形式有以下几种：
（1）、自发跃迁
不受外界能量的影响，只是由于原子内部运动规律所导致的跃迁称为自发跃迁。这种跃迁释放能量的形式又有两种：一种是变为热运动释放能量，叫做无辐射跃迁；另一种是以光的形式将能量辐射出来，叫做自发辐射跃迁。自发辐射出来的光频率Y，由发生跃迁的两能级间之能量差所决定。普通光源如白炽灯、日光灯、高压水银灯、氙灯等都是通过自发跃迁辐射产生光，这种光是非相干光。
（2）、受激跃迁
由于入射光子的感应或激励，导致激发原子从高能级跃迁到低能级去，这个过程称为受激跃迁或感应跃迁。这种跃迁辐射叫做“受激辐射”。受激辐射出来的光子与入射光子有着同样的特征，如频率、相位、振辐以及传播方向等完全一样。这种相同性就决定了受激辐射光的相干性。入射一个光子引起一个激发原子受激跃迁，在跃迁过程中，辐射出两个同样的光子，这两个同样的光子又去激励其它激发原子发生受激跃迁，因而又获得4个同样的光子。如此反应下去，在很