激光器的基本工作原理

Question

如题所述

Answer 1

激光器的工作原理是将能量转换成光子的过程。这种转换利用了光子的波粒二象性，即光子既表现出波的特性，也表现出粒子的特性。在激光器中，当活性物质中的原子或分子从激发态回到低能态时，会释放出光子。这些光子在激光谐振腔内，也就是两个镜组之间的空间内，经过多次反射，不断增强其单色性、方向性和相干性，最终形成激光束输出。
激光器产生的光强取决于受激辐射的过程。当原子处于激发态时，如果有一个光子的能量与原子的能级差相匹配，激发态的电子就会跃迁到一个较低能级的态，并释放出一个与入射光子相同的光子。这样，越来越多的光子与入射光子具有相同的频率、相位、偏振方向，并且在同一方向上传播，导致激光束不断增强。
激光器的输出波长通常非常短，能量密度也很高。例如，半导体激光器的输出波长范围在几百纳米到几微米之间，功率可以从几千瓦到几百瓦不等。由于这些特性，激光在军事、医疗、工业生产等多个领域有着广泛的应用。例如，用于高能激光系统的激光史密斯玻璃具有极高的折光率，以及极好的透明性和力学强度，对宽波段和紫外线等波长也具有很高的透明度。在医疗领域，激光器可以用于进行精确、无创伤的微创手术。