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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 专业学科区 » 物理 » 菜鸟请教激光产生原理
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纳米管

银虫 (正式写手)

[交流] 菜鸟请教激光产生原理已有3人参与

突然对激光产生原理感兴趣，baidu了一下，没看明白，特此请教。激光是受激辐射 - 光子射入物质诱发电子从高能阶跃迁到低能阶，并释放光子。入射光子与释放的光子有相同的波长和相，此波长对应于两个能阶的能量差。一个光子诱发一个原子发射一个光子，最后就变成两个相同的光子。我对这个一进二出没有理解。
1.进的光子能量不是被电子吸收了吗，怎么还能出去呢？
2.是先将基态的电子吸收光子跃迁到激发态（亚稳态），再回落基态发出光子，还是材料本身的电子结构就存在这种亚稳态的电子？
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1楼2011-05-23 09:00:53
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lcy1987111

木虫 (小有名气)
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引用回帖:
Originally posted by 纳米管 at 2011-05-23 09:00:53:
突然对激光产生原理感兴趣，baidu了一下，没看明白，特此请教。激光是受激辐射 - 光子射入物质诱发电子从高能阶跃迁到低能阶，并释放光子。入射光子与释放的光子有相同的波长和相，此波长对应于两个能阶的能量差。 ...

首先说一下三个基本条件：1、需要有能产生粒子数反转的工作物质；2、需要有外界泵浦源；3、需要有个谐振腔。
但1和3也可不需要，这个是特殊情况，可暂且不予考虑。
一般情况下，原子（或分子）总愿意呆在能量较低的能级上，下能级粒子数多，上能级粒子数少，自发辐射比较微弱，所以吸收大于辐射，这样是不能产生激光的；

通过人为的外界泵浦，给这些处于低能级的粒子足够的能量，让它们蹦到高能级，这就实现了粒子数的反转；

再在这个工作物质的两端加上一个谐振腔，你把腔看成能来回反射光的镜子（一个反射率大，一个反射率小），光在两片镜子间能来回反射，并且不断的穿过中间的工作物质，不断的使低能级的粒子跃迁到高能级，高能级粒子不断的积累，一旦受激辐射的大于受激吸收（满足阈值条件），并且受激辐射的光能在这两个镜子之间谐振，激光就能出来了；激光频率跟高低能级差有关。

你提到入射的光子的作用是引发受激辐射，可以说是被吸收，他俩频率肯定一样，因为本身它就是高能级向低能级跃迁产生的，并且都能在腔内谐振，如果不满足在腔内谐振，它立马就耗散了；

至于亚稳态，那是材料本身就有的，我们选择它做工作物质要的就是它这种特性，存在这种亚稳态的材料比较容易产生粒子数反转。
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6楼2011-05-30 11:20:41
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robinsonguo

木虫 (著名写手)
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夕阳西下: 1、第一个光子，没有被吸收。只是诱发激光物质发射一个与它全同的一个光子。怎么诱发的？ 2011-05-23 11:11:07
引用回帖:
Originally posted by 纳米管 at 2011-05-23 09:00:53:
突然对激光产生原理感兴趣，baidu了一下，没看明白，特此请教。激光是受激辐射 - 光子射入物质诱发电子从高能阶跃迁到低能阶，并释放光子。入射光子与释放的光子有相同的波长和相，此波长对应于两个能阶的能量差。 ...

1、第一个光子，没有被吸收。只是诱发激光物质发射一个与它全同的一个光子。
2、产生激光，必须达到粒子数反转，也就是激光物质的上能级有很多电子，比下能级还多，这样，才可以产生光放大。
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2楼2011-05-23 10:48:20
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纳米管

银虫 (正式写手)
引用回帖:
Originally posted by robinsonguo at 2011-05-23 10:48:20:
1、第一个光子，没有被吸收。只是诱发激光物质发射一个与它全同的一个光子。
2、产生激光，必须达到粒子数反转，也就是激光物质的上能级有很多电子，比下能级还多，这样，才可以产生光放大。

2.就是可以产生激光的材料本身电子结构的高能级有很多亚稳态电子的，而不是通过吸收光子或电子激发上去的。是不是可以这么理解。
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3楼2011-05-23 10:52:50
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robinsonguo

木虫 (著名写手)
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小木虫(金币+0.5):给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
Originally posted by 纳米管 at 2011-05-23 10:52:50:
2.就是可以产生激光的材料本身电子结构的高能级有很多亚稳态电子的，而不是通过吸收光子或电子激发上去的。是不是可以这么理解。

产生激光，本身就要求上能级是亚稳态能级。另外，这个亚稳态能级可以用其他光源去泵浦。
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4楼2011-05-23 10:58:55
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