激光器（Laser，Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）的基本工作原理是基于光的受激發(fā)射現(xiàn)象，通過一系列精密設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)來產(chǎn)生具有高相干性、單色性和高亮度的光束。激光器在現(xiàn)代科技中應(yīng)用廣泛，包括通信、醫(yī)療、制造、測量、科研等領(lǐng)域，其高效能和精準(zhǔn)控制特性使其成為許多技術(shù)的核心元件。以下是激光器工作原理的詳細(xì)解析以及不同類型激光器的工作機(jī)制。 受激發(fā)射是激光產(chǎn)生的基礎(chǔ)原理，最早由愛因斯坦在1917年提出。這一現(xiàn)象描述了當(dāng)光與激發(fā)態(tài)物質(zhì)相互作用時(shí)，如何通過光子的引導(dǎo)來產(chǎn)生更多的相干光子。為了更好理解受激發(fā)射，先從自發(fā)輻射開始： 自發(fā)輻射（Spontaneous Emission）：在原子、分子或其他微觀粒子中，電子可以通過吸收外部能量（如電能或光能）躍遷到較高的能級(jí)，稱為激發(fā)態(tài)。然而，激發(fā)態(tài)的電子是不穩(wěn)定的，它們會(huì)在短暫時(shí)間后回到較低的能級(jí)，稱為基態(tài)。在這個(gè)過程中，電子釋放出一個(gè)光子，這個(gè)光子即為自發(fā)輻射。此類光子在頻率、相位、方向等方面是隨機(jī)的，因此沒有相干性。 受激發(fā)射（Stimulated Emission）：受激發(fā)射的關(guān)鍵在于當(dāng)一個(gè)處于激發(fā)態(tài)的電子遇到一個(gè)能量與其躍遷能量相同的光子時(shí)，這個(gè)光子會(huì)引導(dǎo)電子回到基態(tài)，同時(shí)釋放出一個(gè)新的光子。新光子與原光子在頻率、相位和傳播方向上完全一致，產(chǎn)生相干光。這一現(xiàn)象使得光子在數(shù)量和能量上得到極大的放大，是激光的核心機(jī)制。 受激發(fā)射的正反饋效應(yīng)：在激光器的設(shè)計(jì)中，受激發(fā)射過程被多次重復(fù)，這種正反饋效應(yīng)可以成倍地增加光子的數(shù)量。在諧振腔的幫助下，光子的相干性得到保持，同時(shí)光束的強(qiáng)度也不斷提高。 增益介質(zhì)是激光器中決定光子增幅與激光輸出的核心材料。它是受激發(fā)射發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)，其性質(zhì)決定了激光的頻率、波長、輸出功率等重要特性。增益介質(zhì)的種類和特性直接影響到激光器的應(yīng)用和性能。 激勵(lì)機(jī)制（Excitation Mechanism）：增益介質(zhì)中的電子需要通過外部能量源激發(fā)到較高能級(jí)，這一過程通常由外部能量供應(yīng)系統(tǒng)完成。常見的激勵(lì)機(jī)制包括：電泵浦：通過施加電流來激發(fā)增益介質(zhì)中的電子。光泵浦：通過光源（如閃光燈或其他激光器）來激發(fā)介質(zhì)。 能級(jí)系統(tǒng)（Energy Levels System）：增益介質(zhì)中的電子通常以特定的能級(jí)系統(tǒng)分布，其中最常見的是兩級(jí)系統(tǒng)和四級(jí)系統(tǒng)。在簡單的兩級(jí)系統(tǒng)中，電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，然后再通過受激發(fā)射返回基態(tài)。在四級(jí)系統(tǒng)中，電子在不同的能級(jí)之間進(jìn)行復(fù)雜的躍遷，這種設(shè)計(jì)通？梢蕴岣呒す馄鞯男。 增益介質(zhì)的材料類型： 氣體增益介質(zhì)：如氦氖（He-Ne）激光器，氣體增益介質(zhì)的特點(diǎn)是輸出穩(wěn)定、波長確定，廣泛用于實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)光源。 液體增益介質(zhì)：如染料激光器，染料分子在不同波長下具有良好的激發(fā)特性，常用于可調(diào)諧激光器。 固體增益介質(zhì)：如Nd（釹摻雜的釔鋁石榴石）激光器，具有高效率和高功率輸出，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)切割、焊接和醫(yī)療。 半導(dǎo)體增益介質(zhì)：如砷化鎵（GaAs）等材料，廣泛用于通信和光電子器件中的激光二極管。 諧振腔是激光器中用于反饋和放大的結(jié)構(gòu)組件。其核心功能是在腔體內(nèi)通過反射和放大，進(jìn)一步增強(qiáng)受激發(fā)射的光子數(shù)量，從而產(chǎn)生強(qiáng)而集中的激光輸出。 諧振腔的結(jié)構(gòu)：通常由兩面平行的鏡子組成，一個(gè)是完全反射的鏡子，稱為后鏡；另一個(gè)是部分反射的鏡子，稱為輸出鏡。光子在腔內(nèi)往返反射，通過與增益介質(zhì)的相互作用被放大。 諧振條件：諧振腔的設(shè)計(jì)必須滿足一定的條件，使得光子在腔內(nèi)形成駐波，這要求腔體長度與激光波長之間滿足一定的倍數(shù)關(guān)系。只有滿足這一條件的光波才能在腔內(nèi)得到有效放大。 輸出光束：部分反射鏡允許一部分放大后的光束通過，形成激光器的輸出光束。這種光束具有高度的方向性、相干性和單色性。 無錫亮源激光技術(shù)有限公司 地址：江蘇省無錫市錫山區(qū)芙蓉中三路 99 號(hào)瑞云 4 座 7 樓 電話：+ 86 - 0510 87381808。 手機(jī)：+ 86 - 15072320922 郵箱：sales@lumispot.cn 網(wǎng)址：http://www.oxitone.cn/
1. 受激發(fā)射（Stimulated Emission）
2. 增益介質(zhì)（Gain Medium）
3. 諧振腔（Resonator Cavity）
發(fā)布日期: 2024/12/26 15:14:47