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激光产生原理及应用

激光产生原理及应用

物质是由粒子(分子,原子,离子)组成,粒子处于不断的运动状态之中,并处于不同的能级上。粒子从不稳定的高能级想低能级跃迁,向外发射出光子。基态是粒子能量级最稳定的状态,粒子总是试图使自己的能量状态处于低能级上,被激发的高能级上的粒子,力图回到基态上去,与此同时释放出激发时所吸收的能量。从高能级回到低能级去的过程称为跃迁,跃迁时释放的能量即为辐射。受激吸收:当处于低能级上的粒子吸收一定频率的外链光子能量时,粒子的能量增加,粒子从低能级跳跃到高能级,叫受激吸收。而外来光子能量被吸收后,光子能量减弱。粒子由低能量级向高能量级的迁移不是自发的,而是靠外来光子刺激或激发而进行的。激发的方法很多,主要是给基态低能量激级粒子施加一定能量,例如光照、电子碰撞、分解或化合以及加热等,基态粒子吸收能量后即被激发,如OB欧宝·体育石激光器用脉冲氙灯照射方法施加光能OB欧宝·体育石中铬离子从低能级的基态激发到高能级级激发态上;氦-氖激光器通过电子与氦原子碰撞,是氦原子获得能量通过获得能量的氦原子碰撞氖原子,获得能量的氖原子从基态激发到高能级上。化学激光则是用分解和化合的方法做为激光能源。由于原子内部结构不同,在相同条件下,原子从基态被激光发到各个高能级去的可能性是不同的。粒子能吸收外来光子,与两个能级的性质和趋近与粒子的光子数的多少有关,而与方向、相位等因素无关。自发辐射:处于高能级的粒子很不稳定,不能长时间停留。如氢原子,粒子在高能级停留时间只有10-8s,高能级粒子自发跃迁至低能级上,同时以光子形式放出能量。自发辐射过程不受外界因素影响,是原子内部运动规律导致的跃迁,完全自发进行。这样产生的光没有一定规律,相位和方向都不一致,不是OB欧宝·体育光。日出生活中所看到的自然光、白炽灯、高压汞灯和一些充有气体的灯,它们发光都是自发辐射的过程,这些光是想各个方向传播的。这种以光的形式将能量辐射出来,并自发从高能级向低能级的跃迁就是自发辐射。这种通过自发辐射跃迁产生的光,是非相干光。在跃迁过程中也会有一些不产生光辐射的跃迁,其主要以热的运动形式释放能量,即无辐射跃迁,自发辐射的特点是每一个粒子的跃迁都是自发地、相互独立的进行,彼此无联系,产生的光子杂乱无章,无规律性。受激辐射:特点是本身不是自发跃迁,而是受外来光子的刺激所产生,因而粒子释放出的光子和原来光子的频率、方向、相位及偏振等完全一样,无法区分出哪一个是原来的光子,哪一个是受激后产生的光子。受激辐射中由于光辐射的能量与光子数成正比例,因而在受辐射以后,光辐射能量增大了一倍。以波动观点看,设外来光子为一种波,受激辐射产生的光子为另一种波,由于两个波的相位、振动方向、传播的方向及频率一致,两个波合在一起能量就增大一倍,即通过受激辐射光波被放大。外来光子量越多,受激发的粒子数越多,产生的光子越多,能量就越高。由上可知,受激辐射与受激吸收同时存在于光辐射与粒子体系上,是在同一整体中相互对立的两个方面,它们发生的可能性是等同的,这两个方面即受激辐射月吸收哪一个站主导地位,取决于粒子在两个能级上的分布。激光器发出的激光就是受激辐射而实现的,激发态粒子数越多,越容易实现受激辐射。

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