導(dǎo)讀：激光是媒質(zhì)的粒子（原子或分子）受激輻射產(chǎn)生的，但它必須具備下述的條件才能得到。

粒子數(shù)反轉(zhuǎn)

如何才能實(shí)現(xiàn)光放大呢？當(dāng)媒質(zhì)處于熱平衡狀態(tài)時(shí)，它的粒子在各能級(jí)上的分布遵從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。在恒定的溫度下，粒子數(shù)據(jù)能量的分布用下式表示

式中，N1和N2分別為對應(yīng)于E1和E2能級(jí)上的粒子數(shù)；T為絕對溫度；k為玻爾茲曼常數(shù)。

上式說明，對應(yīng)于T＞0的任意值，只要在，E2＞E1就有況N1＞N2，這說明處于低能級(jí)上的粒子數(shù)大于處于高能級(jí)上的粒子數(shù)。在這種情況下，光吸收是主要的。要實(shí)現(xiàn)光的放大，必須使N2＞N1，這種不平衡狀態(tài)分布叫做粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，可以通過氣體放電或光照射等從外界供給能量的方法來獲得粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。下圖（a）表示媒質(zhì)中粒子能級(jí)的正常分布，媒質(zhì)中大部分粒子處在低能級(jí)（以黑點(diǎn)表示），只有少數(shù)粒子處于高能級(jí)（以圓圈表示）。下圖（b）表示在外界激發(fā)的條件下形成了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。

圖 媒質(zhì)中粒子能級(jí)的正常分布和粒子數(shù)反轉(zhuǎn)

激發(fā)器的光振蕩放大

要想產(chǎn)生激光，單靠外界激發(fā)而得到的初級(jí)受激輻射是不行的。實(shí)際的激光器都是由一個(gè)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的粒子系統(tǒng)（叫做工作物質(zhì)）和一個(gè)光學(xué)共振腔組成。光學(xué)共振腔由兩端為各種形狀的曲面反射鏡構(gòu)成。最簡單的光學(xué)共振腔是兩面相互平行的平面反射鏡，鏡面對光有很高的反射率，而工作物質(zhì)封裝在有兩個(gè)反射鏡的封閉體中。

當(dāng)工作物質(zhì)產(chǎn)生受激福射時(shí)，受激輻射在兩反射鏡之間作一定次數(shù)的往返反射，而每次返回時(shí)都會(huì)經(jīng)過建立了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的工作物質(zhì)，這樣將使受激輻射一次又一次地加強(qiáng)，如下圖所示。這樣幾十次、幾百次的往返，直至能獲得單方向的強(qiáng)度非常集中的激光輸出為止。我們把激光在共振腔內(nèi)的往返放大過程叫做振蕩放大。被激發(fā)的工作物質(zhì)中的某些原子受激輻射而放出光子，如果發(fā)射方向正好和腔軸線平行，則可能在腔內(nèi)起放大作用。一部分偏離軸線方向的光子則跑出腔外面而成為一種損耗，如圖（a）所示。若光在來回反射過程中，放大作用克服了各種衰減作用（如共振腔的透射、工作物質(zhì)對光的散射和吸收等），就形成穩(wěn)定的光振蕩而產(chǎn)生激光，以很好的方向沿軸向輸出，如圖（b）和圖（c）所示。

圖 光振蕩器的工作過程

在實(shí)際應(yīng)用中，激光器發(fā)出的光按受激方法不同，有連續(xù)激光器和脈沖激光器之分。前者的激光輸出是連續(xù)光，如氮氖氣體激光器；后者的激光輸出是脈沖式的，如固體紅寶石激光器，它的持續(xù)時(shí)間約1?2 ms，由脈沖氙燈激勵(lì)。

激光輸出

激光光束在激光器的共振腔內(nèi)往返振蕩放大，那么怎樣輸出呢？共振腔內(nèi)的反射鏡起著反射光束使其往返振蕩作用，從光放大角度看，反射率越高，光損失越小，放大效果越好。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，盡量使一側(cè)反射鏡對激光波長的反射率接近100%，而另一側(cè)反射鏡則稍低一些，例如98%以上。這樣輸出端的透鏡將有激光穿透，該端即為激光的輸出端。

對于輸出端透鏡的反射率要適當(dāng)選擇，如果反射率太低，雖然透光能力強(qiáng)了，但對腔內(nèi)光束損失太大，就會(huì)影響振蕩器的放大倍數(shù)，這樣輸出必然減弱。目前，最佳反射率一般在給定激光條件下由實(shí)驗(yàn)來確定。