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【摘要】：所谓激光器就是激光自激振荡器。它通常由以下三部分组成：产生激光的工作物质、能够使工作物质处于粒子数反转分布状态的激励源（泵浦源）、能够完成频率选择及反馈作用的光学谐振腔。其结构如图3-79所示。
所谓激光器就是激光自激振荡器。它通常由以下三部分组成：产生激光的工作物质（激活物质）、能够使工作物质处于粒子数反转分布状态的激励源（泵浦源）、能够完成频率选择及反馈作用的光学谐振腔。其结构如图3-79所示。
图3-79 激光器的结构
1.工作物质
能够产生激光的物质，也就是能够形成粒子数反转分布状态的物质，称为工作物质，它是产生激光的必要条件。在热平衡状态的物质中，低能级上的电子多，高能级上的电子少。那么在单位体积、单位时间内，物质的受激吸收总是强于受激辐射。因此，热平衡条件下的物质不可能对光进行放大。要使物质能对光进行放大，必须使其内部的受激辐射强于受激吸收，即使高能级上的电子数远多于低能级上的电子数，物质的这种一反常态的分布称为粒子数反转分布。
有多种方法可以实现能级之间的粒子数反转分布状态，这些方法包括光激励方法、电激励方法等。在半导体光源器件中，我们通常是利用外加适当的正向偏压来实现粒子数反转分布的。
2.泵浦源
使工作物质产生粒子数反转分布的外界激励源，称为泵浦源。工作物质在泵浦源的作用下，使粒子从低能级跃迁到高能级，形成粒子数反转分布。在这种情况下，受激辐射大于受激吸收，从而具有光的放大作用。这时的工作物质已被激活，成为激活物质或增益物质。
3.光学谐振腔
激活物质只能使光放大，只有把激活物质置于光学谐振腔中，提供必要的反馈及对光的频率和方向进行选择，才能获得连续的光放大和激光振荡输出。光学谐振腔的结构如图3-80所示，它由两块精确平行的反射镜M1和M2构成。对于两个反射镜，要求其中一个能全反射，另一个为部分反射。如Ml为全反射，其反射系数100%，M2为部分反射，其反射系数为95%左右。产生的激光由M2射出。
4.激光器产生激光振荡过程
如图3-80所示，当工作物质在泵浦源的作用下，已实现粒子数反转分布时，由于高能级上的电子不稳定，很快自发地跃迁到低能级，同时辐射出一些频率为f=(E2-E1)/h 的光子。这些光子的辐射方向是任意的，其中凡是不沿谐振腔轴线方向传播的光子，几次折射之后就逸出谐振腔外消失了，只有那些沿轴线方向传播的光子能在谐振腔中存在。当某个沿轴线方向传播的光子遇到激发态的电子时，将使其产生受激辐射而射出一个全同光子，这样两个光子继续在腔内运动时，又激发出新的光子，这些光子在反射镜上来回反射，反复在激活物质中穿行，受激辐射雪崩般地加剧，这就有了光的反馈与放大。
图3-80 激光器原理示意图
在光放大的过程中，也存在着一些能量的损耗。如果光子在谐振腔中每往返一次，由放大得到的能量恰好抵消损耗的能量，达到平衡时激光器就能保持稳定的输出，于是在部分反射镜一侧将出现一个高功率的、平行的光子流，这就是激光。
由上述激光产生的过程可以了解到激光所具有的优良特性。激光是受激辐射发光，激光中所有光子的频率、相位和传播方向都相同，所以激光的单色性、相干性好；由于光学谐振腔的作用，只有沿谐振腔轴线方向传播的光才能被放大和输出，所以激光的方向性好、发散角小、光能量集中、功率密度大。
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