1、激光的基本原理、特性激光的基本原理、特性 激光器的基本結構激光器的基本結構激勵能源激活介質光學諧振腔光學諧振腔使入射光得到放大，是核心供給工作物質能量只讓與反射鏡軸向平行的光束能在激活介質中來回地反射，連鎖式地放大。最后形成穩定的激光輸出。光抽運激光束激光的基本原理、特性激光的基本原理、特性 激活介質的粒子數反轉激活介質的粒子數反轉無輻射躍遷無輻射躍遷抽運抽運抽運抽運激勵激勵E3E0E2E3A21E1E2E1A21B12B12B21B21三能級圖四能級圖亞穩態基態激發態三能級系統原理三能級系統原理 E E1 1為基態，為基態，E E2 2、E E3 3 為激發態，中間能級為激發態，中間能級E

2、E2 2為為亞穩態。在泵浦作用下，基態亞穩態。在泵浦作用下，基態E E1 1的粒子被抽運的粒子被抽運到激發態到激發態E E3 3上，上，E E1 1上的粒子數上的粒子數N N1 1隨之減少。但由隨之減少。但由于于E E3 3能級的壽命很短，粒子通過碰撞很快地以能級的壽命很短，粒子通過碰撞很快地以無輻射躍遷無輻射躍遷的方式轉移到亞穩態的方式轉移到亞穩態E E2 2上。由于上。由于E E2 2態態壽命長，其上就累積了大量的粒子，即壽命長，其上就累積了大量的粒子，即N N2 2大于大于N N1 1，于是于是實現了亞穩態實現了亞穩態E E2 2與基態與基態E E1 1間的粒子數反轉分間的粒子數反轉分布

3、。布。四能級系統原理四能級系統原理 三能級激光器的效率不高，原因是抽運前幾乎三能級激光器的效率不高，原因是抽運前幾乎全部粒子都處于基態，只有激勵源很強而且抽運全部粒子都處于基態，只有激勵源很強而且抽運很快，才可使很快，才可使N N2 2 N N1 1 ，實現粒子數反轉。，實現粒子數反轉。 四能級系統是使系統在兩個激發態四能級系統是使系統在兩個激發態E E2 2、E E1 1之間實現粒之間實現粒子數反轉。因為這時低能級子數反轉。因為這時低能級E E1 1 不是基態而是激發態，其上不是基態而是激發態，其上的粒子數本來就極少，所以只要亞穩態的粒子數本來就極少，所以只要亞穩態E E2 2上的粒子數稍有

4、上的粒子數稍有積累，就容易達到積累，就容易達到N N2 2 大于大于N N1 1，實現粒子數反轉分布，在能，實現粒子數反轉分布，在能級級E E2 2 、E E1 1 之間產生激光。于是，之間產生激光。于是，E E3 3 上的粒子數向上的粒子數向E E2 2 躍遷躍遷， E E1 1上的粒子數向上的粒子數向E E0 0 過渡，整個過程容易形成連續反轉，過渡，整個過程容易形成連續反轉，因因而四能級系統比三能級系統的效率高而四能級系統比三能級系統的效率高。 激光的基本原理、特性激光的基本原理、特性 激光器的組成 激光的基本原理、特性激光的基本原理、特性 激光器的組成泵浦源從直接實現粒子數反轉的方式分

5、類，主要有以下泵浦方式：u 光激勵方式u 氣體輝光放電或高頻放電方式u 直接電子注入式u 化學反應方式 除了上述四種泵浦方式外，熱激勵，沖擊波，電子束，核能等都可能用來實現粒子數反轉。究竟采用哪種泵浦方式，因工作物質的能級系統結構而定。 激光的基本原理、特性激光的基本原理、特性 激光器的組成光學諧振腔作用： u 提供軸向光波模的正反饋 通過諧振腔鏡面的反射，軸向光波?？稍谇粌韧祩鞑ィ啻瓮ㄟ^激活介質而得到受激輻射放大，從而在腔內建立和維持穩定的自激振蕩。 激光的基本原理、特性激光的基本原理、特性 激光器的組成腔模：在激光技術的術語中，通常將激光諧振 腔內可能存在的電磁場本征態稱為腔的模式。

6、電磁場的每一個本征態都具有一定的頻率得和分布空間。 從光子的角度看，激光模式，就是腔內可區分的光子的狀態，同一模式的內的光子具有相同的狀態，且具有相同的基本特征，主要包括：u 電磁場分布u 諧振頻率u 在腔內往返一次所經受的功率損耗u 相對應的激光束的發散角u 控制振蕩模式的特性（選擇光波的頻率和方向） 由于光束在腔內多次的來回反射，只有極少頻率的光滿足干涉相長的條件，光強得到加強，頻率得到篩選，特別在諧振腔軸線方向，可以形成光強最強，模數最少的激光振蕩，而和軸向有較大夾角的光束，則由側面逸出，不能形成激光振蕩。 激光的基本原理、特性激光的基本原理、特性 激光器的組成 激光的基本原理、特性激光的基本原理、特性 激光器的組成11 光在諧振腔內來回反射，相干疊加，只有形成駐波的光才能振蕩 一、縱模（振蕩頻率）全反射鏡部分 反射鏡120kk1kN 個縱模kN振蕩縱模振蕩縱?？v模間隔縱模間隔輻射線寬內的縱模個數輻射線寬內的縱模個數 13討論 （1