什么叫激光？

激光跟以前介绍的普通光源比有许多不同之处。所谓激光就是光受激辐射放大的简称。它通过辐射的受激发射实现光放大。它的特点是亮度高、单色性好、高度平行的相干光束。它一问世，就引起了人们普遍重视，并很快在生产和科学技术中得到广泛的应用。各种激光器的研制和激光的应用也在突飞猛进地发展着。作为激光器的工作物质已经相当广泛：固体、气体、液体、半导体、染料等。各种激光器发射的谱线分布在一个很宽的波长范围内：短至0．24微米以下的紫外，长达774微米远红外，中间包括可见光，近红外，红外各个波段；输出功率的峰值，小者只有几微瓦，大者可达10¹²瓦。1．激光器有几种？

激光器可从不同角度来分类：①按其工作物质，可分为气体、液体、固体和半导体激光器等；②按其工作方式可分为，连续的、脉冲的、Q突变与短脉冲的等。

2．激光有什么特性？

①激光的方向性好。因此可用于定位、导向、测距等。如测地球跟月球间的距离，精度可达±15cm；

②单色性好。

③能量集中。普通光源如白炽灯发出的光射向四面八方，能量分散，即使通过透镜也只能会聚它的一部分光。而激光器发出的激光，由于方向性好，几乎是一束平行光，通过透镜后，可会聚在一个很小的范围内，因此，能量可在空间上高度集中。如果使用脉冲激光器，其能量可集中在极短的时间内，并以脉冲的形式发射出去，即激光又具有能量在时间上高度集中的特性。因为它把能量在时间和空间上能高度集中起来，所
以它具有很大的威力。

④相干性好。普通光源的发光过程是自发辐射，所发的光不相干。

但激光是受激辐射，故而是相干的，是全息照相需要的理想光源。

3．激光是怎样产生的？

当一束光射入媒质时，通常同时发生三种过程：光的吸收过程；光的辐射过程；光的放大过程。假设媒质中某原子（或粒子），最初处于基态（稳定态），当它在光子流的照射下，原子（或粒子）有可能吸收光子的能量，从基态跃迁到激发态（不稳态），这种过程叫做光的吸收过程。发生吸收过程的必要条件是：入射光子的能量必须等于原子的两个能级的能量差。但满足上述条件的原子也未必就一定跃迁，因为这里还有跃迁几率问题。各个能级的跃迁几率差别很大，有的大，有的小，而有些能级的激发甚至是被“禁止”的。所有这些都决定于原子本身的运动规律。

原子吸收外界能量而跃迁到激发态，这个状态是不稳定的。原子在激发态停留的时间非常短，它们会很快地在没有任何外界作用的情况下，自发地辐射出光子束，从激发态返回到基态。这种过程叫做自发辐射。这种辐射的特点是：这种过程跟外界无关，各个原子的辐射都是自发地、独立地进行的，因而各个光子的发射方向和初位相都不相同。同时，由于大量原子所处的激发态不尽相同，可以发射出不同频率的光，所以自发辐射的频率范围很广。这就是普通光源的发光机理。如果在激发态能级上的原子，在它还没发生自发辐射以前，就在外来光子的影响下，引起从高能态向低能态的跃迁，并把两个能级之间的能量差以辐射光子的形式发射出去，这种过程叫做受激辐射——激光。受激辐射发出来的光子与外来光子具有相同的频率、相同的发射方向、相同的偏振态、相同的位相和速率。在受激辐射中，通过一个光子的作用，可以得到两个特征完全相同的光子，这两个光子再去作用其它原子就有可能获得4个光子，这种过程如此进行下去，就可能产生大量特征相同的光子（光放大）。

一束光照射媒质时，通常情况下上述三种过程将同时进行着。如果第一种过程占主导地位，光就被吸收（减弱），第二种过程占优势时，就是普通发光；第三种过程为主流时，就产生激光。那么，满足什么条件才能使第三种过程为主流呢？我们可用激活介质的工作模式图来加以说明。如图l－8所示。

图中所示：E₁为基态，E₃和E₂为激发态，其中E₂为亚稳态，原子在E₂上的寿命比在E₃的寿命要长得多。用N₁、N₂、N₃表示各态的原子（或粒子）数。在外界能源（电源或光源）的激励下，基态E₁上的粒子被抽运到激发态E₃上，因此，N₁在减小。因E₃态的原子寿命很短，粒子将通过碰撞很快地以无辐射跃迁的方式转移到亚稳态E₂上。由于E₂态寿命长，其上就累积了大量粒子，即N₂不断增加，N₁却逐渐减少，以致N₂大于N₁，于是就实现了亚稳态E₂与基态E₁之间的反转分布（一般情况下，处于低能态的粒子数多）。三能级示意图中实线箭头所示的过程为主流，虚线箭头所示则为支流。具有亚稳态的物质如红宝石中的铬离子、氦原子、氖原子、氩原子、钕离子、二氧化碳等粒子，利用这些具有反转分
布的激活介质，就可以制成一台激光放大器（激光光源），当有外来光讯号输入时，其中频率γ＝（E₂－E₁）／h的成分就被放大（h为普朗克常数，E₂—E₁为两能级间能量差）。

所谓三能级图（或四能级图），并不是激活介质的实际能级图，它们只是对造成反转分布的整个物理过程所作的抽象概括。实际能级图要复杂的多，而且一种激活介质内部，可能同时存在几对特定能级间的反转分布，相应地发射几种波长的激光。如氦氖激光器就可

。
以发射6328A（埃）、1．15μm（微米），3.39μm等多种波长的激

光。又如氩离子Ar 激光器，能输出很多种波长的光，其中最强的是
。。
4800A（蓝光）和5145A（绿光），这两个波长目前在激光彩色电视

中选为基色。