激光的原理及应用
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摘要：激当前激光技术发展的越来越迅速和成熟，在我们生活中的各个行业应 用的非常广泛。由于激光技术的先进性，精确性.所以在当前，在很多行业都 得以应用和实现。本文通过对激光技术的学习.大概阐述了激光产生原理.以 及激光在各个方面的应用O
关键词：激光原理跃迁谐振腔应用
一.激光简介
激光是在1960年正式问世的。但是，激光的历史却已有100多 年。确切地说，远在1893年，在波尔多一所中学任教的物理教师布 卢什就已经指出，两面靠近和平行镜子之间反射的黄钠光线随着两面 镜子之间距离的变化而变化。他虽然不能解释这一点，但为未来发明 激光发现了一个极为重要的现象。1917年爱因斯坦提出“受激辐 射”的概念，奠定了激光的理论基础。激光，又称镭射，英文叫 "LASER",是"Light Amplification by Stimu Iatad Emission of Radiation”的缩写，意思是“受激发射的辐射光放大”。激光的英文 全名已完全表达了制造激光的主要过程。1964年按照我国著名科学家 钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。 二、激光产生原理
2. 1、激光产生的物质基础
光与物质的共振相互作用,特别是这种相互作用中的受激辐射过 程是激光器的物理基础。爱因斯坦认为光和物质原子的相互作用过程 包含原子的自发辐射跃迁、受激辐射跃迁和受激吸收跃迁三种过程。
为了简化问题，我们只考虑原子的两个能级坊和d,处于两个能级 的原子数密度分别为q和“2,如图27所示。构成黑体物质原子中的 辐射场能量密度为并有En。 E,
图2-1二能级原子能级图
(I)、自发辐射
处于高能级耳的一个原子自发地向低能级坊跃迁，并发射一个 能量为加的光子，这种过程称为自发跃迁过程，如图2-2所示。激光熔覆工艺
E、 E、——0
園9-9曹¥白妗相酣
(II)、受激辐射
处于高能级E2的原子在满足v = (E2-EJ//7的辐射场作用下，跃迁 至低能级坊并辐射出一个
能量为加且与入射光子全同光子，如图2-3
所示。受激辐射跃迁发出的光波称为受激辐射。
、r\r\r\r\
入射光加'胡-厶
E\
E；
f入射光
wvVvz
、，受激辐射hv = E2-Ex
I反 I O_O 6rk
（皿）、受激吸收
\r\r\r\r\ /
入射光hv = E2-Et
受激辐射的反过程就是受激吸收。处于低能级厶的一个原子，在 频率为A的辐射场作用下吸收一个能量为加的光子，并跃迁至高能级 坊，这种过程称为受激吸收，如图2-4所示。原子吸收入射
0
图2-4原子受激吸收
受激辐射和自发辐射的重要区别在于相干性。自发辐射是不相干 的；受激辐射是相干的
2・2、激光产生的基本原理和方法
2. 2. 1光学谐振腔及其选模和反馈作用
由受激辐射和自发辐射相干性可知，相干辐射的光子简并度很
大。普通光源在红外和可见光波段实际上是非相干光源。如果能 够创造这样一种情况：使得腔内某一特定模式的几很大，而其他所 有模式的都很小，就能够在这一特定模式内形成很高的光子简并度。
也就是说，使相干的受激辐射光子集中在某一特定模式内，而不是平 均分配在所有模式中。激光器就是采用各种技术措施减少腔内光场模 、使介质的受激辐射恒大于受激吸收等来提高光子简并度，从而 达到产生激光的目的。
光腔的反馈作用一一光放大器在许多大功率装置中广泛地用来 把弱的激光束逐级放大，但在光放大的同时通常还存在着光的损耗, 根据研究光强达到稳定的极限值只与放大器本身的参数有关,而与初 始光强无关。特别是，不管初始光强多么弱，只要放大器足够长，就 总能形成确定大小的光强稳定极限值，而实际上，既不需要给激活物 质输入一个弱光信号，也不需要真正把激活物质的长度无限增加，而 只要在具有一定长度的光放大器两端放置前述的光学谐振腔。这样, 沿轴向传播的光波模在两反射镜间往返传播，就等于增加放大器长 度。这种作用称为光学谐振腔的反馈作用。
2. 2. 2光的受激辐射放大条件
实现光放大的两个条件：①激励能源——把介质中的粒子不断地 由低能级抽运到高能级去;②增益介质——能在外界激励能源的作用 下形成粒子数密度反转分布状态。
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