激光产生的3个原理条件


我理解中的激光是一种沿笔直方向发射的高能光。激光颜色纯净,光线集中,亮度高,有破坏力,以前一度认为激光只是通过各种反射镜把光约束在一起,但随着激光的学习深入,发现好像和想象中的不太一样,把我学到的分享给你,保证每个人能看懂。
 

激光产生的原理
 

激光产生原理是爱因斯坦1917年在论文中提出的受激辐射理论。你能想象,那时候甚至没办法用实验验证,直到10年后才被验证受激辐射的存在,太超前了 。受激辐射理论中有三个重要概念:
 

1、受激吸收:
 

受激吸收是指处于低能级的原子吸收外界能量跃迁到高能级。在原子结构中,中间是原子核,电子绕原子核旋转,就和卫星绕地球一样,有不同的轨道,在原子中,我们把这些轨道叫做能级,把距离原子核最近的能级叫做低能级(或叫基态),把低能级以外的所有能级叫做高能级(或叫激发态)。
 

2、自发辐射:
 

自发辐射是指高能级的原子自发地辐射出光子并迁移到低能级。这种辐射的特点是自发的,就是原子自己想跃迁到低能级,不受任何外界影响。发出的光子状态是随机的,方向不一样、频率不一样、能量不一样、波长不一样,没有规律。
 

3、受激辐射:
 

受激辐射是产生激光的重要原理。受激辐射是指还处于高能级的原子与入射光子发生某种感应辐射出光子并跃迁到低能级。这种辐射的特点是:
 

(1)引起感应的入射光子能量=电子处于的高能级-低能级的差值。
 

(2)辐射出的光子和引起受激辐射的光子方向相同、频率相同、能量相同、波长相同,完全无法区分两者,这个过程同方向的光子由一个变成了两个。
 

(3)这个跃迁到低能级的过程是由入射光子引起的。

激光产生的3个原理条件

激光产生的3个必要条件
 

1、受激辐射要大于受激吸收
 

受激辐射要大于受激吸收是首要条件,但不是主要条件,受激辐射释放出的光子(光能)也属于外界能量的一种,也是会和低能级原子再度产生受激吸收,使得原子重新跃迁到高能级,增益小于损益或者平衡。要产生明亮的激光,就要增加光子数量,也要让受激辐射发生的概率更高,或者说提供外界能量,持续让处于高能级的原子更多。

2、提供能量为原子高能级-低能级差值的入射光子
 

受激辐射原理中有一条是对入射光子能量的要求,这问题点不难解决,自发辐射的光子能量就刚好是能级跃迁的差值。
 

3、约束光子的逃逸
 

光子是沿直线运动的,只要约束光子的前进方向,让光子反射回去就能和处于高能级的原子发生受激辐射,这也是激光产生的主要条件,奠定了激光无法在自然界生成的原因所在。

激光产生的4个物质条件
 

我们知道,激光是由激光器发射的,构建一个完整的激光产生过程,需要有:
 

1、工作物质:所有自然界的物质都能发生自发辐射和受激辐射,但不是所有自然界的物质都能作为产生激光的工作物质,还需要满足受激辐射要大于受激吸收。
 

2、激励能源:给工作物质提供原子跃迁能量,可以是电能、光能、化学能等多种多样。
 

3、光学共振腔:两面反射镜放置在工作物质两边,方向与工作物质放置的垂直轴方向互相垂直,在这两面放射镜内,光子会被不断地来回反射。
 

4、热沉:不在反射镜方向上的光子在接触到保护外壳时,保护外壳会吸收光子获得热能,产生发热,热量需要及时散去,不然会堆积影响激光器的使用寿命。
 

当然,为了保护脆弱的内部结构,我们需要金属外壳封装,还要通过引脚引出。