激光发生器的核心原理基于粒子数反转和受激辐射机制,其工作流程可分为以下三个关键步骤:
粒子数反转 通过激发源(如氙灯、半导体激光二极管)提供能量,使激光介质中的原子或分子跃迁到高能级(激发态)。此时,处于低能级的粒子数多于高能级粒子数,形成粒子数反转条件,为受激辐射奠定基础。
受激辐射过程
激发态粒子在返回低能级时释放光子,这些光子被其他粒子吸收并再次激发,形成连锁反应。受激辐射产生的光子具有相同频率、相位和方向,形成高度相干的光束。
光学腔增益与输出
光学腔(由反射镜组成)对光子进行多次反射,增加光程并放大光强。当增益超过损耗时,形成稳定激光输出。谐振腔还用于选模和调节激光模式。
补充说明:
激光类型多样,如半导体激光器通过电注入或光泵实现粒子数反转;
谐振腔虽非绝对必要,但能显著提升激光的方向性、单色性和相干性。
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