§ 19-1 激 光
1.受激吸收、自发辐射、受激辐射
如果原子因受满足频率条件的光的激励而跃迁到
较高能态，这种过程就称为 受激吸收。
受激吸收
没有外界作用，原子自发地由高能态跃迁到低
能态，并辐射一个光子，这种过程叫 自发辐射 。
自发辐射
各个原子自发辐射的光是非相干光
自发辐射
若原子受到一个满足频率条件的外来光子的
激励，由高能态跃迁到低能态，则辐射出另一同
频率的光子来，这种过程叫做 受激辐射 。
受激辐射
各个原子受激辐射的光是相干光
自发辐射
2.产生激光的基本条件
在通常情况下，原子在各能级上的分布服从
玻尔兹曼分布定律，即在低能级上的原子数较多
光通过物质时，受激吸收占优势。
激光就是由受激辐射产生的被放大了的相干光。
激光的英文名为,light amplification by stimulated
emission of radiation”第一个字母的缩写。
在通常状态下，三种跃迁同时存在，受激吸
收使光子数减少，受激辐射使光子数增加。哪
种跃迁占优势取决于高低能级的原子数。
（ 1）粒子数反转
要使受激辐射占优势，必须使处在高能级的原子
数多于低能级的原子数，这种分布与正常分布相反，
称为 粒子数布居反转分布 。
粒子数反转
通过给物质提供
能量，可以使较多的
原子跃迁到高能级，
如果物质具有亚稳态，
就能实现粒子数反转。
存在粒子数反
转分布的物质称为
激活介质。
产生激光的基本条件
在激活介质的
两端安置两块反射
镜面, 一个是全反
射镜, 一个是部分
反射镜, 这对反射
镜面及其间的空间
称为 光学谐振腔 。
（ 2） 光学谐振腔
要得到方向性和单色性很好的激光，还必须采
用 光学谐振腔。
光学谐振腔
产生激光的基本条件
最初的受激辐射源于自发辐射，只有与反射
镜轴向平行的一定波长的光能在激活介质内来回
反射，雪崩式地放大，在一定条件下形成稳定的
强光光束，从部分反射镜面输出，得到激光。
光学谐振腔对光的方向选择性
产生激光的基本条件
（ 3）阈值条件
在谐振腔内，除了有光的增益，还存在
工作物质对光的吸收、散射以及反射镜的吸
收和透射等造成的各种损耗，只有当光在谐
振腔内来回一次所得的增益大于损耗时，才
能形成激光。增益大于损耗的条件称为阈值
条件。
在设计谐振腔时，可以有选择地使对特
定波长的光满足阈值条件，使该波长的光
形成激光输出。
产生激光的基本条件
3.激光器的组成和常见激光器
常用激光器由三部分组成：
工作物质
泵浦源
光学谐振腔
激光工作物质
激励能源
谐振腔1M 2M
?
?
?
激光器结构示意图
按输出方式分：
脉冲输出
连续输出
半导体激光器
按工作物质分,
气体激光器
固体激光器
液体激光器
自由电子激光器
激光器的分类
激光器的组成和常见激光器
梅曼和第一只激光器
激光器的组成和常见激光器
气体激光器
激光器的组成和常见激光器
固体激光器
激光器的组成和常见激光器
液体激光器
激光器的组成和常见激光器
半导体激光器
激光器的组成和常见激光器
4.激光的特性及其应用
（ 1）方向性好
激光束的发散
角很小，一般为
sr1010 85 ?? ?
激光定位、导向、
测距等就利用了方向
性好的特点。
（ 2）单色性好
在普通光源中，单色性最好的是作为长度基准
器的氪灯（ K186）；它的谱线宽度为 4.7× 10-3纳米，
而激光谱线宽为 纳米，为氪灯谱线宽度的 5万分
之一。采用稳频等技术还可以进一步提高激光的单
色性。
910?
计量工作的
标准光源、激光
通讯等利用了单
色性好的特点。
激光的特性及其应用
光缆
激光通讯
激光的特性及其应用
(3)亮度高
亮度是光源在单位面积上，向某一方向的单
位立体角内发射的功率。
激光的输出功率虽然有个限
度，但由于其光束细（发散特别
小），功率密度特别大，因而其
亮度也特别大。把分散在 180°
范围内的光集中到 0.18 ° 范围，
亮度提高 100万倍。通过调 Q等技
术，压缩脉冲宽度，还可以进一
步提高亮度。
激光的特性及其应用
激光能量在时间和空间上高度集中，能在极
小区域产生几百万度的高温。
激光加工、激光手术、激光武器等就利用
了高亮度的特点。
激光打孔 激光切割
激光的特性及其应用
低能激光武器 高能激光武器
激光的特性及其应用
(4)相干性好
激光具有很好的相干性。
普通光源的相干长度约为 1毫米至几十厘米，
激光可达几十公里。
全息照相、全息
存储等就利用了相干
性好的特点。
全息照相
激光的特性及其应用
(4)相干性好
激光具有很好的相干性。
普通光源的相干长度约为 1毫米至几十厘米，
激光可达几十公里。
全息照相、全息
存储等就利用了相干
性好的特点。
全息照相
激光的特性及其应用
1.受激吸收、自发辐射、受激辐射
如果原子因受满足频率条件的光的激励而跃迁到
较高能态，这种过程就称为 受激吸收。
受激吸收
没有外界作用，原子自发地由高能态跃迁到低
能态，并辐射一个光子，这种过程叫 自发辐射 。
自发辐射
各个原子自发辐射的光是非相干光
自发辐射
若原子受到一个满足频率条件的外来光子的
激励，由高能态跃迁到低能态，则辐射出另一同
频率的光子来，这种过程叫做 受激辐射 。
受激辐射
各个原子受激辐射的光是相干光
自发辐射
2.产生激光的基本条件
在通常情况下，原子在各能级上的分布服从
玻尔兹曼分布定律，即在低能级上的原子数较多
光通过物质时，受激吸收占优势。
激光就是由受激辐射产生的被放大了的相干光。
激光的英文名为,light amplification by stimulated
emission of radiation”第一个字母的缩写。
在通常状态下，三种跃迁同时存在，受激吸
收使光子数减少，受激辐射使光子数增加。哪
种跃迁占优势取决于高低能级的原子数。
（ 1）粒子数反转
要使受激辐射占优势，必须使处在高能级的原子
数多于低能级的原子数，这种分布与正常分布相反，
称为 粒子数布居反转分布 。
粒子数反转
通过给物质提供
能量，可以使较多的
原子跃迁到高能级，
如果物质具有亚稳态，
就能实现粒子数反转。
存在粒子数反
转分布的物质称为
激活介质。
产生激光的基本条件
在激活介质的
两端安置两块反射
镜面, 一个是全反
射镜, 一个是部分
反射镜, 这对反射
镜面及其间的空间
称为 光学谐振腔 。
（ 2） 光学谐振腔
要得到方向性和单色性很好的激光，还必须采
用 光学谐振腔。
光学谐振腔
产生激光的基本条件
最初的受激辐射源于自发辐射，只有与反射
镜轴向平行的一定波长的光能在激活介质内来回
反射，雪崩式地放大，在一定条件下形成稳定的
强光光束，从部分反射镜面输出，得到激光。
光学谐振腔对光的方向选择性
产生激光的基本条件
（ 3）阈值条件
在谐振腔内，除了有光的增益，还存在
工作物质对光的吸收、散射以及反射镜的吸
收和透射等造成的各种损耗，只有当光在谐
振腔内来回一次所得的增益大于损耗时，才
能形成激光。增益大于损耗的条件称为阈值
条件。
在设计谐振腔时，可以有选择地使对特
定波长的光满足阈值条件，使该波长的光
形成激光输出。
产生激光的基本条件
3.激光器的组成和常见激光器
常用激光器由三部分组成：
工作物质
泵浦源
光学谐振腔
激光工作物质
激励能源
谐振腔1M 2M
?
?
?
激光器结构示意图
按输出方式分：
脉冲输出
连续输出
半导体激光器
按工作物质分,
气体激光器
固体激光器
液体激光器
自由电子激光器
激光器的分类
激光器的组成和常见激光器
梅曼和第一只激光器
激光器的组成和常见激光器
气体激光器
激光器的组成和常见激光器
固体激光器
激光器的组成和常见激光器
液体激光器
激光器的组成和常见激光器
半导体激光器
激光器的组成和常见激光器
4.激光的特性及其应用
（ 1）方向性好
激光束的发散
角很小，一般为
sr1010 85 ?? ?
激光定位、导向、
测距等就利用了方向
性好的特点。
（ 2）单色性好
在普通光源中，单色性最好的是作为长度基准
器的氪灯（ K186）；它的谱线宽度为 4.7× 10-3纳米，
而激光谱线宽为 纳米，为氪灯谱线宽度的 5万分
之一。采用稳频等技术还可以进一步提高激光的单
色性。
910?
计量工作的
标准光源、激光
通讯等利用了单
色性好的特点。
激光的特性及其应用
光缆
激光通讯
激光的特性及其应用
(3)亮度高
亮度是光源在单位面积上，向某一方向的单
位立体角内发射的功率。
激光的输出功率虽然有个限
度，但由于其光束细（发散特别
小），功率密度特别大，因而其
亮度也特别大。把分散在 180°
范围内的光集中到 0.18 ° 范围，
亮度提高 100万倍。通过调 Q等技
术，压缩脉冲宽度，还可以进一
步提高亮度。
激光的特性及其应用
激光能量在时间和空间上高度集中，能在极
小区域产生几百万度的高温。
激光加工、激光手术、激光武器等就利用
了高亮度的特点。
激光打孔 激光切割
激光的特性及其应用
低能激光武器 高能激光武器
激光的特性及其应用
(4)相干性好
激光具有很好的相干性。
普通光源的相干长度约为 1毫米至几十厘米，
激光可达几十公里。
全息照相、全息
存储等就利用了相干
性好的特点。
全息照相
激光的特性及其应用
(4)相干性好
激光具有很好的相干性。
普通光源的相干长度约为 1毫米至几十厘米，
激光可达几十公里。
全息照相、全息
存储等就利用了相干
性好的特点。
全息照相
激光的特性及其应用
