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2084技术科学光电子技术激光原理【激光】通过受激辐射跃迁产生光，并能进行光放大的一种新型光源。普通光源中发光原子从高能级跃迁到低能级是通过自发辐射跃迁完成的，所产生的光子从频率、位相、传播方向到振动方向都是杂乱无章的，称自然光。激光器所发光则是通过受激辐射跃迁完成的。泵浦源将能量传递给激光工作物质中的激活粒子，将它们抽运到激光上能级，使激光上下能级间出现粒子数反转。在某个能量恰好等于激光上下能级差的光子诱发下，激活粒子从上能级跃迁到下能级，并放出与诱发光子性质相同的光子。这两个光子再去诱发其他激活粒子，生成更多光子而形成激光。激光具有许多优点：(1)亮度高；(2)单色性好；(3)方向性好；(4)相干性好。激光是光学与电子学发展到一定阶段和相互结合的必然产物，它的出现是对整个科学技术领域的一次深刻变革，不仅使光学面貌焕然一新，且产生了许多新兴光学学科，如光电子学、量子电子学、非线性光学、付里叶光学、导波光学等。对化学、生物学、医学及工农业、军事等几乎所有国民经济部门都产生巨大光电子技术2085影响。它的应用极为广泛，如工业上的机械加工、精密测量，农业上的育种，医学上的皮肤病与肿瘤治疗，军事上的激光雷达与激光武器，科学研究中的全息术、光通信、光计算和光信号处理等。【跃迁】激光工作物质中的激活粒子从某一能级状态变到另一能级状态的过程。跃迁的方向有两种，一种是从低能级向高能级跃迁，是激活粒子从外界吸收能量时发生的。另一种是从高能级向低能级跃迁，这种跃迁过程伴随着能量的释放，有辐射跃迁和非辐射跃迁两类。辐射跃迁是以放出光子的形式释放能量，即发光，又有自发辐射与受激辐射之别。非辐射跃迁则是以其他形式释放能量，如机械能或热能等，不发光。无论什么形式的跃迁都存在一定的跃迁几率，它定义为单位时间内从某能级跃迁到另外能级上去的粒子数占原能级总粒子数的百分比。在激光发光过程中，发生的激光上能级和下能级之间的跃迁过程主要是受激吸收跃迁和受激辐射跃迁。当前者的跃迁几率大于后者时，激光减弱，激光工作物质相当于是一个激光吸收器。当后者的跃迁几率大于前者时，激光增强，激光工作物质相当于激光放大器。无论何种形式的跃迁都必须遵从能量守恒，即吸收或释放的能量等于两个能级之差。【无辐射跃迁】处在高能级上的原子以除光能以外的其他形式释放能量而跃迁到低能级上去的过程。例如通过与其他原子或电子发生碰撞，将能量传递给被撞粒子而使自己能量降低，或者通过放出热量使自己能量降低。这种跃迁过程由于不发射光子，因而不会发光。2086技术科学【自发辐射跃迁】处在高能级上的发光原子自发地跃迁到低能级上去，并发射光子的过程。其跃迁几率与外界条件无关，而且每个发光原子所发射出来的光子从频率、传播方向、振动方向以及位相等都是杂乱无章，彼此毫无关系。这种光又叫自然光，一般的光源所发出的光都属于这一类。【受激辐射跃迁】激光上能级上的激活粒子在某个入射光子的激发下跃迁到激光下能级去的过程。该入射光子的能量必须正好等于激光上、下两能级的能量差，并且激活粒子跃迁过程中所放出的光子从频率、传播方向、振动方向到位相等都与入射光子完全一样。这种跃迁的几率与外界条件有关，与入射光的强度成正比。由受激辐射跃迁产生的光就是激光。【受激吸收跃迁】处在激光下能级上的激活粒子吸收光子跃迁到激光上能级的过程。所吸收的光子的能量等于两能级之间的能量差。受激吸收跃迁与受激辐射跃迁同时存在于激光产生的过程之中，如果受激吸收跃迁的跃迁几率超过了受激辐射跃迁，则激光通过激光工作物质后将减弱。反之，如果受激辐射跃迁的跃迁几率超过了受激吸收跃迁，则激光通过激光工作物质后将增强。【均匀加宽】由于受外界因素的干扰，使得所有发光原子的自然线宽都同样变宽，从而整个激光源的谱线宽度变宽的现象。这种外界因素干扰对于不同激光工作物质的表现形式不同。气体激光器中，发光原子处于无规则热运动中，由于相互碰撞使处在激光上能级的粒子提前跃迁而缩短了上能级寿命，引起了谱线加宽。固
