一、激光產(chǎn)生原理
mVUDPMyZ jLRUWg 1、普通光源的發(fā)光——受激吸收和自發(fā)輻射
& c a- I[E/)R{\ 普通常見光源的發(fā)光（如電燈、火焰、太陽等地發(fā)光）是由于物質(zhì)在受到外來能量（如光能、電能、熱能等）作用時(shí)，原子中的電子就會吸收外來能量而從低能級躍遷到高能級，即原子被激發(fā)。激發(fā)的過程是一個(gè)“受激吸收”過程。處在高能級（E2)的電子壽命很短（一般為10－8～10－9秒），在沒有外界作用下會自發(fā)地向低能級（E1）躍遷，躍遷時(shí)將產(chǎn)生光（電磁波）輻射。輻射光子能量為
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^R<g hυ=E2-E1
"9mJ$us lW}"6@0, 這種輻射稱為自發(fā)輻射。原子的自發(fā)輻射過程完全是一種隨機(jī)過程，各發(fā)光原子的發(fā)光過程各自獨(dú)立，互不關(guān)聯(lián)，即所輻射的光在發(fā)射方向上是無規(guī)則的射向四面八方，另外未位相、偏振狀態(tài)也各不相同。由于激發(fā)能級有一個(gè)寬度，所以發(fā)射光的頻率也不是單一的，而有一個(gè)范圍。
94Wf ] >5G2!Ns' 在通常熱平衡條件下，處于高能級E2上的原子數(shù)密度N2，遠(yuǎn)比處于低能級的原子數(shù)密度低，這是因?yàn)樘幱谀芗塃的原子數(shù)密度N的大小時(shí)隨能級E的增加而指數(shù)減小，即N∝exp(-E/kT)，這是著名的波耳茲曼分布規(guī)律。于是在上、下兩個(gè)能級上的原子數(shù)密度比為
lrQ +G@# }H2<w-,+ N2/N1∝exp{-(E2-E1)/kT}
M8j%bmd( , 29#& q`J 式中k為波耳茲曼常量，T為絕對溫度。因?yàn)镋2>E1，所以N2《N1。例如，已知?dú)湓踊鶓B(tài)能量為E1＝－13.6eV，第一激發(fā)態(tài)能量為E2=-3.4eV，在20℃時(shí)，kT≈0.025eV，則
woIcW Pt<lHfd N2/N1∝exp（－400）≈0
9nIBs{`/Ac Hp`Mp )1s 可見，在20℃時(shí)，全部氫原子幾乎都處于基態(tài)，要使原子發(fā)光，必須外界提供能量使原子到達(dá)激發(fā)態(tài)，所以普通廣義的發(fā)光是包含了受激吸收和自發(fā)輻射兩個(gè)過程。一般說來，這種光源所輻射光的能量是不強(qiáng)的，加上向四面八方發(fā)射，更使能量分散了。
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wVr 2、受激輻射和光的放大
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