激光的原理是基于量子力学中的 受激辐射现象。当原子或分子中的电子处于高能级时,它们会不稳定并寻求跃迁到低能级以释放能量。在特定条件下,这些电子可以在外界光子的刺激下,以光的形式释放出几乎全部的能量,这个过程就是受激辐射。
激光的产生需要满足以下几个条件:
激活介质:
需要一种介质,其中的原子或分子能够实现粒子数反转,即高能级状态下的原子或分子数量多于低能级状态。
泵浦源:
通过外部能量输入,使激活介质中的原子或分子从低能级跃迁到高能级,这个过程称为抽运过程。
光学腔:
通过特定的光学结构,如谐振腔,使得高能级状态下的原子或分子在受到激发后释放的光子能够在腔内不断反射和放大,最终形成一束高亮度、高方向性、高单色性的激光。
激光的特点包括:
高亮度:由于光子被放大,激光的能量密度非常高。
高方向性:激光的光子具有相同的方向和相位,因此其传播方向非常集中。
高单色性:激光的光子频率相同,波长一致,颜色非常纯正。
这些特性使得激光在通信、医疗、工业加工、科研等领域具有广泛的应用价值。