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

粒子數反轉

如何才能實現光放大呢？當媒質處於(yu) 熱平衡狀態時，它的粒子在各能級上的分布遵從(cong) 一定的統計規律。在恒定的溫度下，粒子數據能量的分布用下式表示

式中，N1和N2分別為(wei) 對應於(yu) E1和E2能級上的粒子數；T為(wei) 絕對溫度；k為(wei) 玻爾茲(zi) 曼常數。

上式說明，對應於(yu) T＞0的任意值，隻要在，E2＞E1就有況N1＞N2，這說明處於(yu) 低能級上的粒子數大於(yu) 處於(yu) 高能級上的粒子數。在這種情況下，光吸收是主要的。要實現光的放大，必須使N2＞N1，這種不平衡狀態分布叫做粒子數反轉，可以通過氣體(ti) 放電或光照射等從(cong) 外界供給能量的方法來獲得粒子數反轉分布。下圖（a）表示媒質中粒子能級的正常分布，媒質中大部分粒子處在低能級（以黑點表示），隻有少數粒子處於(yu) 高能級（以圓圈表示）。下圖（b）表示在外界激發的條件下形成了粒子數反轉。

圖 媒質中粒子能級的正常分布和粒子數反轉

激發器的光振蕩放大

要想產(chan) 生激光，單靠外界激發而得到的初級受激輻射是不行的。實際的激光器都是由一個(ge) 粒子數反轉的粒子係統（叫做工作物質）和一個(ge) 光學共振腔組成。光學共振腔由兩(liang) 端為(wei) 各種形狀的曲麵反射鏡構成。最簡單的光學共振腔是兩(liang) 麵相互平行的平麵反射鏡，鏡麵對光有很高的反射率，而工作物質封裝在有兩(liang) 個(ge) 反射鏡的封閉體(ti) 中。

當工作物質產(chan) 生受激福射時，受激輻射在兩(liang) 反射鏡之間作一定次數的往返反射，而每次返回時都會(hui) 經過建立了粒子數反轉分布的工作物質，這樣將使受激輻射一次又一次地加強，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度非常集中的激光輸出為(wei) 止。我們(men) 把激光在共振腔內(nei) 的往返放大過程叫做振蕩放大。被激發的工作物質中的某些原子受激輻射而放出光子，如果發射方向正好和腔軸線平行，則可能在腔內(nei) 起放大作用。一部分偏離軸線方向的光子則跑出腔外麵而成為(wei) 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、工作物質對光的散射和吸收等），就形成穩定的光振蕩而產(chan) 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

在實際應用中，激光器發出的光按受激方法不同，有連續激光器和脈衝(chong) 激光器之分。前者的激光輸出是連續光，如氮氖氣體(ti) 激光器；後者的激光輸出是脈衝(chong) 式的，如固體(ti) 紅寶石激光器，它的持續時間約1〜2 ms，由脈衝(chong) 氙燈激勵。

激光輸出

激光光束在激光器的共振腔內(nei) 往返振蕩放大，那麽(me) 怎樣輸出呢？共振腔內(nei) 的反射鏡起著反射光束使其往返振蕩作用，從(cong) 光放大角度看，反射率越高，光損失越小，放大效果越好。在實際設計中，盡量使一側(ce) 反射鏡對激光波長的反射率接近100%，而另一側(ce) 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(wei) 激光的輸出端。

對於(yu) 輸出端透鏡的反射率要適當選擇，如果反射率太低，雖然透光能力強了，但對腔內(nei) 光束損失太大，就會(hui) 影響振蕩器的放大倍數，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驗來確定。