激光jiguang

基于受激辐射放大原理而产生的一种相干光发射。设某粒子(原子、分子或离子等)系统的一对能级中，低能级E₁有粒子数N₁，高能级E₂有粒子数N₂。若入射光子的频率ν满足：hν=E₂-E₁，则光子与粒子的相互作用有三种：❶吸收作用。处于低能级E₁的粒子吸收一个入射光子而跃迁到高能级E₂，是消耗入射光能而转化为粒子激发能的过程。按量子力学，吸收概率是B₁₂W，单位时间从E₁跃入E₂的粒子数为B₁₂WN₁。B₁₂是吸收概率，W是入射光场的辐射能量密度。
❷自发辐射。处于高能级E₂的粒子自发地跃迁到能级E₁并发射出一个光子，这个过程不依赖外来光场存在与否，在传播方向，偏振，相位等各方面都是完全随机的，仅频率与入射光子相同。单位时间的自发辐射粒子数是A₂₁N₂,A₂₁是二能级间自发辐射概率。
❸受激辐射。处在高能级E₂的粒子在入射光子激励下，由高能级E₂跃迁到低能级E₁，并发射出一个光子。这个光子在频率、相位、偏振、传播方向等各方面都与入射光子完全相同，这是受激辐射的很可贵的特点，相当于入射光的放大。发生受激辐射的概率是B₂₁W，单位时间产生的受激辐射光子数B₂₁WN₂。其中B₂₁＝B₁₂，叫受激辐射系数。受激辐射发射的光就是激光。为了使受激辐射占多数地位，首先要使它超过吸收作用，使入射光得到净放大，这就要使E₁与E₂能级间实现粒子数反转。其次，要使受激辐射超过自发辐射，根据量子力学，受激辐射概率/自发辐射概率=B₂₁W/A₂₁＝WC³/8πhν³,A₂₁是自发辐射概率。可见，只要提高辐能密度W，就可以使这个比值大于1。激光器中采取的种种技术措施都是为了满足上面两个条件，使激光得以实现。

早在1917年爱因斯坦就提出了受激辐射的概念，但长期未得到重视。直到1954年才由美国物理学家C.H.汤斯和A.L.肖洛制成微波波段的激射放大器，取名脉泽(maser)。不久他们又提出可在光频波段实现类似机制，这就是激光，取名莱塞(laser)，是由light ampli-fication by stimulated emisson of radiation的字头拼成，即受激辐射光放大。1960年由（美）T.H.梅曼制成第一台红宝石激光器，几个月后A.杰文等制成氦氖激光器，此后各种类型的激光器陆续出现。激光有一系列的独特优点：❶高单色性——设输出光中心频率v0，频宽△v，则激光的v₀/△v可达10¹⁰～10¹³，而普通光源最高只有10⁶左右。
❷高方向性——受激发射都是同方向，发散角极小，这是普通光源不可想象的。
❸高亮度——大型脉冲激光的亮度比太阳高约10¹⁴倍。
❹高偏振性——受激辐射发射的是一群状态完全相同的光子，或称高光子简并度。
❺高相干性——激光的时间相干性和空间相干性都很好，相干长度可达数十千米，而普通光源至今没有超过一米的。由于上述优点，使激光在工业、农业、生物、医学、通讯、军事及公安等各方面得到很广泛应用。见激光的应用。