1、1 激光原理与特点1.1 激光的 产 生激光最初被 译 作 “莱塞 ”，即英 语 “Laser”，是 “Light amplification by stimulated emission of radiation”(意 为 “辐 射的受激 发 射光放大 ”)的 缩 写。后来在 20世 纪 60年代初期，由 钱 学森建 议 ，把光受激 发 射器改称 为 “激光 ”或 “激光器 ”。世界上第一台 红 宝石激光器由美国科学家梅曼于 1960年 发 明成功，随后各种激光器不断涌 现，我国科学家王之江也于 1961年在 长 春光机所研究成功我国第一台激光器。激光器作 为 20世 纪 四大 发 明之一，
2、它 为 人 们科学研究、生 产 提供一个新的方法，也 给 人 类 的生活提供了很大方便，特 别 在是 进 入 20世 纪 80年代以来，激光加工技 术 在工 业 上 获 得广泛的 应 用，成 为 工 业 上不可缺少的一种方法。1.1.1光的自 发辐 射由于 电 子在原子外 层 的不同分布，具有不同的内部能量，从而形成所 谓 的能 级 。若原子 处 于内部能量最低的状 态 ， 则 称原子 处 于基 态 。其他比基 态 能量高的状 态 ，都称激 发态 。在 热 平衡情况下， 绝 大多数原子都 处 于基 态 。 处 于基 态的原子，从外界吸收能量以后，将 跃 迁到能量 较高的激 发态 。1.1.2
3、光的受激吸收当原子受到外来的能量 为 h21的光子作用 (激励 )下， 处 于低能 级 E1上的原子由于吸收一个能量 为 h21的光子而受到激 发 ， 跃 迁到高能 级E2上去， 这 种 过 程称 为 光的受激吸收。 1.1.3 光的受激 辐 射当原子受到外来的能量 为 h的光子作用 (激励 )时 ， 处 在高能 级 E2上的原子也会在能量 为 h的光子 诱发 下，从高能 级 E2跃 迁到低能 级 E1，这时 原子 发 射一个与外来光子一模一 样 的光子，这 种 过 程称 为 光的受激 辐 射。1.2 激光工作原理1. 粒子数反 转在物 质处 于 热 平衡状 态 ，高能 级 上的粒子数总 是小
4、于低能 级 的粒子数。由于外界能源的激励 (光 泵 或放 电 激励 )，破坏了 热 平衡，有可能使得 处 于高能 级 E2上的粒子数 n2大大增加，达到 n2n1。这 种情况称 为 粒子数反 转 分布。v 一般可把原子从低能 级 n1激励到高能级 n2以使在某两个能 级 之 间实现 粒子数反转 的 过 程称 为泵 浦 (或抽运 )。v 泵 浦装置 实质 上是激光器的外来能源，提供光能、 电 能、 热 能、化学反 应 能或原子核能等。激光 泵 浦装置的作用，是通过 适当的方式，将一定的能量 传 送到工作物 质 ，使其中的 发 光原子 (或分子、离子 )跃 迁到激 发态 上，形成粒子数反 转 分布
5、状态 。2. 谐 振腔光学 谐 振腔装有两面反射 镜 ，分置在工作物质 的两端并与光的行 进 方向 严 格垂直。反射 镜对 光有一定的透 过 率，便于激光 输 出；但又有一定的反射率，便于 进 行正反 馈 。由于两反射 镜严 格平行，使在两 镜间 (即 谐 振腔内 )往返振 荡 的光有高度的平行性，因而激光有好的方向性。工作物质全反射镜 部分反射镜3. 激光振 荡处 于粒子数反 转 状 态 的激光工作物 质 ，一旦发 生受激 发 射，由于在激光工作物 质 的两端装上反射 镜 ，光就在反射 镜间 多次来回反射。于是在反射 镜 之 间 光 强 度增大，有效地 产 生受激 发 射，形成急 剧 的放大。若事先使一端的反射 镜 稍微透光， 则 放大后的一部分激光就能 输 出到腔外。 4. 激光放大处 于激活状 态 的激光工作物 质 ，当有一束能量 为 E= h21=E2-E1的入射光子通 过该 激活物质 ， 这时 光的受激 辐 射 过 程将超 过 受激吸收 过程，而使受激 辐 射占主 导 地位。在 这 种情况下，光在激活物 质 内部将越走越强 ，使 该 激光工作物 质输 出的光能量超 过 入射光的能量， 这 就是光的放大 过 程。其 实 ， 这样 一段激活物 质 就是一个放大器。
