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激光是基于什么量子力学原理

发表时间：2024-07-31 20:06:50 来源：网友投稿

当原子中的电子从低能级的电子层向高能级电子层跃迁的过程中，实际上电子会进入某种过渡状态，在这种情况下，电子从一个只有负电荷的电单级粒子变成某种“电偶极子”（同时具有正负两极），并且会响应于与其特征频率一致的外部电场（例如入射的光子），于是此这个还没有开始“发泄”电子被那“闯进来”的光子“带坏了”，变得跟这光子的某些特性一致（术语叫“谐振”），然后这电子还接收了入射光子的能量，迅速跃迁到位（比原来快得多），立即开始“发泄”。

但跟以往不同，电子这次“发泄出来”的光子的方向和相位都跟入射的那个光子完全相同。结果大量相同的原子在同一束光的照射下都释放出与入射光方向完全一致的光子，汇聚成了一大束平行光——激光。由于需要持续不断地提供外来光束来激发原子发出激光，而且还需要增强最终获得的激光的强度。于是科学家们发明了“光学腔”这种设备巧妙地来产生激光。光学腔又叫“激光腔”或者“光学谐振腔”——就是置于两面对射的镜子之中的发光体（术语称为“增益介质”，因为发光管中通常装了能够发出单色光的物质，可以是气体，也可以是液体或者等离子体）。如此被充电的“增益介质”不断地在自己产生的“激光”的照射下不断地产生新的激光，并且两面镜子将光线不断叠加增强，只要输入的电功率足够抵消激光在镜子间反射的消耗以及“增益介质”散射光的消耗，那么就可以向外输出激光了。总结一下在外来与特征频率一致的光线的激发下，原子可以释放出与外来光线方向和相位一致的辐射，这叫做“受激辐射”。受激辐射产生的光子在“光学腔”中不断汇聚和增益，可以最终稳定地输出激光。上图：氦氖激光器——管中轴的粉橙色光芒是气体在通电情况下形成的等离子体产生的非相干光，跟霓虹灯管中的情形一样。这种发光的等离子体在受到外部光束激发的情况下，产生受激辐射（也就是激光），产生的激光在两个反射镜之间来回反射，不断增强，最后从中心小孔射出。可以看到最后输出的激光在右侧屏幕上产生一个微小的强光斑。上图：不同的“增益介质”可以产生不同颜色的单色激光[头条·小宇堂—]总结一下上图：从左到右，受激辐射与自发辐射最大的不同就在于自发辐射的方向是随机的，而受激辐射的方向与外来的光子一致

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