1、激光工作介質

激光的產(chan) 生必須選擇合適的工作介質，可以是氣體(ti) 、液體(ti) 、固體(ti) 或半導體(ti) 。在這種介質中可以實現粒子數反轉，以製造獲得激光的必要條件。

顯然亞(ya) 穩態能級的存在，對實現粒子數反轉世非常有利的。現有工作介質近千種，可產(chan) 生的激光波長包括從(cong) 真空紫外道遠紅外，非常廣泛。

2、激勵源

為(wei) 了使工作介質中出現粒子數反轉，必須用一定的方法去激勵原子體(ti) 係，使處於(yu) 上能級的粒子數增加。

一般可以用氣體(ti) 放電的辦法來利用具有動能的電子去激發介質原子，稱為(wei) 電激勵；也可用脈衝(chong) 光源來照射工作介質，稱為(wei) 光激勵；還有熱激勵、化學激勵等。

各種激勵方式被形象化地稱為(wei) 泵浦或抽運。為(wei) 了不斷得到激光輸出，必須不斷地“泵浦”以維持處於(yu) 上能級的粒子數比下能級多。

3、諧振腔

有了合適的工作物質和激勵源後，可實現粒子數反轉，但這樣產(chan) 生的受激輻射強度很弱，無法實際應用。於(yu) 是人們(men) 就想到了用光學諧振腔進行放大。

所謂光學諧振腔，實際是在激光器兩(liang) 端，麵對麵裝上兩(liang) 塊反射率很高的鏡。一塊幾乎全反射，一塊光大部分反射、少量透射出去，以使激光可透過這塊鏡子而射出。

被反射回到工作介質的光，繼續誘發新的受激輻射，光被放大。因此，光在諧振腔中來回振蕩，造成連鎖反應，雪崩似的獲得放大，產(chan) 生強烈的激光，從(cong) 部分反射鏡子一端輸出。

下麵以紅寶石激光器為(wei) 例來說明激光的形成。工作物質是一根紅寶石棒。紅寶石是摻入少許3價(jia) 鉻離子的三氧化二鋁晶體(ti) 。實際是摻入質量比約為(wei) 0.05%的氧化鉻。

由於(yu) 鉻離子吸收白光中的綠光和藍光，所以寶石呈粉紅色。1960年梅曼發明的激光器所產(chan) 用的紅寶石是一根直徑0.8cm、長約8cm的圓棒。兩(liang) 端麵是一對平行平麵鏡，

一端鍍上全反射膜，一端有10%的透射率，可讓激光透出。

紅寶石激光器中，用高壓氙燈作“泵浦”，利用氙燈所發出的強光激發鉻離子到達激發態E3，被抽運到E3上的電子很快（～10－8s）通過無輻射躍遷到E2。E2是亞(ya) 穩態能級，

E2到E1的自發輻射幾率很小，壽命長達10-3s，即允許粒子停留較長時間。於(yu) 是，粒子就在E2上積聚起來，實現E2和E1兩(liang) 能級上的粒子數反轉。

從(cong) E2到E1受激發射的波長是694.3nm的紅色激光。由脈衝(chong) 氙燈得到的是脈衝(chong) 激光，每一個(ge) 光脈衝(chong) 的持續時間不到1ms，每個(ge) 光脈衝(chong) 能量在10J以上；

也就是說，每個(ge) 脈衝(chong) 激光的功率可超過10kW的數量級。注意到上述鉻離子從(cong) 激發到發出激光的過程中涉及到三條能級，故稱為(wei) 三能級係統。