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激光中的受激发射是什么意思?

时间:2022-12-19 16:20:53 作者:博纳德 点击:

  受激发射是什么意思,简单概括就是什么是激光?要了解激光中的受激发射是什么,首先必须了解有关光和原子相互作用的一些基础知识。

  一、什么是量子力学

  量子力学指出核束缚电子不允许具有随机能级。这些级别是离散的,并且特定于它们所属的原子。大多数时候,电子处于基态,指的是可用的最低能级。

  让我们在这里只考虑氢原子(只有一个电子的原子)。所以,当一个光子遇到一个处于基态的电子时,如果它的能量恰好等于基态能量与激发态能量之差,则光子将被电子吸收,电子将跳到那个特定的兴奋水平。

受激发射  

  随着时间的推移,它自然会自发地回到基态。通过这样做,它将发射另一个光子,该光子具有与原始光子完全相同的能量。这对应于两种状态之间的能量差。这意味着相同的频率/波长。这就是我们所说的自发辐射。总而言之,如果你将一个具有适当波长的光子投向基态电子,它会吸收它,在短时间内跳到激发态,然后在重新发射光子时回到基态波长相同的。

  二、受激发射的作用

  我们以前面的例子为例,适当波长的光子穿过束缚电子的路径,但这次电子处于更高的能级。在短暂的瞬间(大约 100 ns)它被激发,这个光子的存在将刺激电子返回到它的基态(或可用的较低状态,取决于它的能量和光子波长),释放另一个光子过程。

  然后,将拥有两个相同波长的光子(入射光子和新发射的光子)。但入射光子不仅刺激电子返回其基态(或更低的状态),而且由此产生的光子与第一个光子相干,因此完全同相且方向相同。然后你有两个相同的光子一起移动。让我们获取这两个光子,让它们在两个平行镜子之间来回反弹。假设我们用电子处于激发态(增益介质)的原子填充这些镜子之间的空间。随着时间的推移,最终结果将是一大束相同的相干光子。当然,介质中会有吸收和发射的结合。因此,要使其成为可行的激光器(光子增益),增益介质必须处于粒子数反转状态,这意味着它将包含更多处于激发态的电子而不是处于基态的电子。这种粒子数反转通常通过光泵浦或电泵浦来实现。

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