激光的基本原理 第三课:激光的产生 粒子数反转 受激辐射

激光的基本原理 第三课:激光的产生 粒子数反转 受激辐射
一、能级和转换:
        所有的激光增益介质都有特定的能级和跃迁特性。直接参与激光辐射的两个能级称为激光的上能级和下能级。这两个能级间的能量差决定了激光的波长。波长决定了激光的颜色,也就是不同的激光增益介质,激光的波长不同。
        当激光的增益介质材料持续受到激发时,增益介质低能级粒子会因为得到能量运动到高能级。然后,分子或者电子通过一系列复杂的过程回到基态(下能级)。激光增益介质的能级可以是二能级或者三能级系统,取决于产生激光的过程中有多少能级参与其中。增益介质的各个能级和跃迁可以用下面的图形描述:

       二、粒子数的反转和受激辐射:
        在通常情况下,低能级粒子数是大于高能级粒子数。而当增益介质受到激发时,随着泵浦源激发能量的持续,也就是抽运,高能级粒子数将大于低能级粒子数。这个现象称为粒子数反转。当粒子数反转发生时,也称为激发态。这时高能级的粒子是不稳定的,光子去撞击处于激发态的电子,很多电子就会降落到低能级,同时就有激光辐射。这个过程我们称为受激辐射。如果下能级的粒子比上能级的粒子多,这时光子去撞击未处于激发态的粒子,光子反而会被吸收掉。这时激光就会变弱。要想产生激光,首先必须实现增益介质的粒子数反转。
        所以,增益介质必须是一种能够实现粒子数反转的材料。同时增益介质的上能级粒子数的寿命还要足够长,也就是上能级的粒子在自发衰减到低能级前,要尽可能较长时间的停留在这个能级上。这时间一般是微秒级。



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cao123 实习会员 2019-05-04 12:04 1楼
学习了
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