激光怎麼產生?

激光是怎麼樣產生的，原理，

1、普通光源的發光——受激吸收和自發輻射

普通常見光源的發光（如電燈、火焰、太陽等地發光）是由於物質在受到外來能量（如光能、電能、熱能等）作用時，原子中的電子就會吸收外來能量而從低能級躍遷到高能級，即原子被激發。激發的過程是一個“受激吸收”過程。處在高能級（E2）的電子壽命很短（一般為10－8～10－9秒），在沒有外界作用下會自發地向低能級（E1）躍遷，躍遷時將產生光（電磁波）輻射。輻射光子能量為

hυ=E2-E1

這種輻射稱為自發輻射。原子的自發輻射過程完全是一種隨機過程，各發光原子的發光過程各自獨立，互不關聯，即所輻射的光在發射方向上是無規則的射向四面八方，另外未位相、偏振狀態也各不相同。由於激發能級有一個寬度，所以發射光的頻率也不是單一的，而有一個範圍。

在通常熱平衡條件下，處於高能級E2上的原子數密度N2，遠比處於低能級的原子數密度低，這是因為處於能級E的原子數密度N的大小時隨能級E的增加而指數減小，即N∝exp(-E/kT)，這是著名的波耳茲曼分佈規律。於是在上、下兩個能級上的原子數密度比為

N2/N1∝exp{-(E2-E1)/kT}

式中k為波耳茲曼常量，T為絕對溫度。因為E2>E1，所以N2《N1。例如，已知氫原子基態能量為E1＝－13.6eV，第一激發態能量為E2=-3.4eV，在20℃時，kT≈0.025eV，則

N2/N1∝exp（－400）≈0

可見，在20℃時，全部氫原子幾乎都處於基態，要使原子發光，必須外界提供能量使原子到達激發態，所以普通廣義的發光是包含了受激吸收和自發輻射兩個過程。一般說來，這種光源所輻射光的能量是不強的，加上向四面八方發射，更使能量分散了。

2、受激輻射和光的放大

由量子理論知識知道，一個能級對應電子的一個能量狀態。電子能量由主量子數n(n=1,2,…)決定。但是實際描寫原子中電子運動狀態，除能量外，還有軌道角動量L和自旋角動量s，它們都是量子化的，由相應的量子數來描述。對軌道角動量，波爾曾給出了量子化公式Ln＝nh，但這不嚴格，因這個式子還是在把電子運動看作軌道運動基礎上得到的。嚴格的能量量子化以及角動量量子化都應該有量子力學理論來推導。

量子理論告訴我們，電子從高能態向低能態躍遷時只能發生在l（角動量量子數）量子數相差±1的兩個狀態之間，這就是一種選擇規則。如果選擇規則不滿足，則躍遷的機率很小，甚至接近零。在原子中可能存在這樣一些能級，一旦電子被激發到這種能級上時，由於不滿足躍遷的選擇規則，可使它在這種能級上的壽命很長，不易發生自發躍遷到低能級上。這種能級稱為亞穩態能級。但是，在外加光的誘發和刺激下可以使其迅速躍遷到低能級，並放出光子。這種過程是被“激”出來的，故稱受激輻射。

受激輻射的概念世愛因斯坦於1917年在推導普朗克的黑體輻射公式時，第一個提出來的。他從理論上預言了原子發生受激輻射的可能性，這是激光的基礎。

受激輻射的過程大致如下：原子開始處於高能級E2，當一個外來光子所帶的能量hυ正好為某一對能級之差E2-E1,則這原子可以在此外來光子的誘發下從高能級E2向低能級E1躍遷。這種受激輻射的光子有顯著的特點，就是原子可發出與誘發光子全同的光子，不僅頻率（能量）相同，而且發射方向、偏振方向以及光波的相位都完全一樣。於是，入射一個光子，就會出射兩個完全相同的光子。這意味著原來光信號被放大這種在受激過程中產生並被放大的光，就是激光。...

激光產生的過程

激光在英文中是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation， 意思是受激輻射的光放大。可見，受激幅射是產生激光的首要條件，也是必要條 件，但還不是充分條件。 如果讓這些受激光子一個一個地發射出來，是不能形成強大的能量的。一般 的，電子被激發到高能級後，在高能級上停留的時間是短暫的。而有些物質的電 子處於第二能級E2的時間較長，僅次於基態能級E1. 這個能級就叫做亞穩能級。 要形成激光，工作物質必須具有亞穩態能級。這是產生激光的第二個條件。 外來的光子能激發出光子，產生受激輻射，但也可能被低能級所吸收。在激 光工作物質中，受激輻射和受激吸收這兩個過程都同時存在。在常溫下，吸收多 於發射。選擇適當的物質，使其在亞能級上的電子比低能級上的電子還多，即形 成粒子數反轉，使受激發射多於吸收。這是產生激光的第三個條件。 激光器中開始產生的光子是自發輻射產生的，其頻率和方向雜亂無章。要使 頻率單純，方向集中，就必須有一個振盪腔。這是產生激光的第四個條件。通信 所用的半導體激光器就是利用半導體前後兩個端面與空氣之間的折射率不同，形 成反射鏡而組成振盪腔的。 這些晶體和諧振腔都會使光子產生損耗。只有使光子在腔中振盪一次產生的 光子數比損耗掉的光子多得多時，才能有放大作用，這是產生激光的第五個條件。

激光產生的條件

激光在英文中是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，

意思是受激輻射的光放大。可見，受激幅射是產生激光的首要條件，也是必要條

件，但還不是充分條件。

如果讓這些受激光子一個一個地發射出來，是不能形成強大的能量的。一般

的，電子被激發到高能級後，在高能級上停留的時間是短暫的。而有些物質的電

子處於第二能級E2的時間較長，僅次於基態能級E1. 這個能級就叫做亞穩能級。

要形成激光，工作物質必須具有亞穩態能級。這是產生激光的第二個條件。

外來的光子能激發出光子，產生受激輻射，但也可能被低能級所吸收。在激

光工作物質中，受激輻射和受激吸收這兩個過程都同時存在。在常溫下，吸收多

於發射。選擇適當的物質，使其在亞能級上的電子比低能級上的電子還多，即形

成粒子數反轉，使受激發射多於吸收。這是產生激光的第三個條件。

激光器中開始產生的光子是自發輻射產生的，其頻率和方向雜亂無章。要使

頻率單純，方向集中，就必須有一個振盪腔。這是產生激光的第四個條件。通信

所用的半導體激光器就是利用半導體前後兩個端面與空氣之間的折射率不同，形

成反射鏡而組成振盪腔的。

這些晶體和諧振腔都會使光子產生損耗。只有使光子在腔中振盪一次產生的

光子數比損耗掉的光子多得多時，才能有放大作用，這是產生激光的第五個條件。

激光是怎麼產生的

你好，很高興為你解答！

激光（英語：Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，縮寫：LASER，或者簡稱：laser）是指通過光與物質相互作用，由於受激輻射而產生的。產生激光三個要素包括“激勵源”，“增益介質”，“共振結構”。

“激勵源”（pumping source）：把能量供給低能級的電子，激發使其成為高能級電子，能量供給的方式有電荷放電、光子、化學作用。

“增益介質”（gain medium）：被激發、釋放光子的電子所在的物質，其物理特性會影響所產生激光的波長等特性。

“共振腔”（optical cavity/optical resonator）：是兩面互相平行的鏡子，一面全反射，一面半反射。作用是把光線在反射鏡間來回反射，目的是使被激發的光多次經過增益介質以得到足夠的放大，當放大到可以穿透半反射鏡時，激光便從半反射鏡發射出去。因此，此半反鏡也被稱為輸出耦合鏡（output coupler）。兩鏡面之間的距離也對輸出的激光波長有著選擇作用，只有在兩鏡間的距離能產生共振的波長才能產生激光。

【參考】baike.baidu.com/...0a1Y1_

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激光是怎麼形成的？？

激光（Laser），它指通過受激輻射放大和必要的反饋，產生準直、單色、相干的光束的過程及儀器。而基本上，產生激光需要"共振腔"(resonator)、"增益介質"(gain medium)以及"激發來源"(pumping source)這三個要素。

原理

原子的運動狀態可以分為不同的能級，當原子從高能級向低能級躍遷時，會釋放出相應能量的光子（所謂自發輻射）。同樣的，當一個光子入射到一個能級系統併為之吸收的話，會導致原子從低能級向高能級躍遷（所謂受激吸收）；然後，部分躍遷到高能級的原子又會躍遷到低能級並釋放出光子（所謂受激輻射）。這些運動不是孤立的，而往往是同時進行的。當我們創造一種條件，譬如採用適當的媒質、共振腔、足夠的外部電場，受激輻射得到放大從而比受激吸收要多，那麼總體而言，就會有光子射出，從而產生激光。

分類

根據產生激光的媒質，可以把激光器分為液體激光器、氣體激光器和固體激光器等。而現在最常見的半導體激光器算是固體激光器的一種。

構成

激光器大多由激勵系統、激光物質和光學諧振腔三部分組成。激勵系統就是產生光能、電能或化學能的裝置。目前使用的激勵手段，主要有光照、通電或化學反應等。激光物質是能夠產生激光的物質，如紅寶石、鈹玻璃、氖氣、半導體、有機染料等。光學諧振控的作用，是用來加強輸出激光的亮度，調節和選定激光的波長和方向等。

應用

激光應用很廣泛，主要有 fiber communication, 激光測距、激光切割、激光武器、激光唱片等等

歷史

1958年，美國科學家肖洛和湯斯發現了一種神奇的現象：當他們將內光燈泡所發射的光照在一種稀土晶體上時，晶體的分子會發出鮮豔的、始終會聚在一起的強光。根據這一現象，他們提出了"激光原理"，即物質在受到與其分子固有振盪頻率相同的能量激勵時，都會產生這種不發散的強光--激光。他們為此發現了重要論文。

肖洛和湯斯的研究成果發表之後，各國科學家紛紛提出各種實驗方案，但都未獲成功。1960年5月15日，美國加利福尼亞州休斯實驗室的科學家梅曼宣佈獲得了波長為0.6943微米的激光，這是人類有史以來獲得的第一束激光，梅曼因而也成為世界上第一個將激光引入實用領域的科學家。

1960年7月7日，梅曼宣佈世界上第一臺激光器由誕生，梅曼的方案是，利用一個高強閃光燈管，來刺激在紅寶石色水晶裡的鉻原子，從而產生一條相當集中的纖細紅色光柱，當它射向某一點時，可使其達到比太陽表面還高的溫度。

前蘇聯科學家H.Γ.巴索夫於1960年發明了半導體激光器。半導體激光器的結構通常由P層、N層和形成雙異質結的有源層構成。其特點是：尺寸小，耦合效率高，響應速度快，波長和尺寸與光纖尺寸適配，可直接調製，相干性好。

激光是如何產生

很專業，如果你還沒有學習高三物理，恐怕不能看明白。

【激光產生】

一．物質與光相互作用的規律

光與物質的相互作用，實質上是組成物質的微觀粒子吸收或輻射光子，同時改變自身運動狀況的表現。

微觀粒子都具有特定的一套能級（通常這些能級是分立的）。任一時刻粒子只能處在與某一能級相對應的狀態（或者簡單地表述為處在某一個能級上）。與光子相互作用時，粒子從一個能級躍遷到另一個能級，並相應地吸收或輻射光子。光子的能量值為此兩能級的能量差△E，頻率為=△E/h（h為普朗克常量）。

1. 受激吸收（簡稱吸收）

處於較低能級的粒子在受到外界的激發（即與其他的粒子發生了有能量交換的相互作用，如與光子發生非彈性碰撞），吸收了能量時，躍遷到與此能量相對應的較高能級。這種躍遷稱為受激吸收。

2. 自發輻射

粒子受到激發而進入的高能態，不是粒子的穩定狀態，如存在著可以接納粒子的較低能級，既使沒有外界作用，粒子也有一定的概率，自發地從高能級（E2）向低能級（E1）躍遷，同時輻射出能量為（E2-E1）的光子，光子頻率 =（E2-E1）/h。這種輻射過程稱為自發輻射。眾多原子以自發輻射發出的光，不具有相位、偏振態、傳播方向上的一致，是物理上所說的非相干光。

3. 受激輻射、激光

1917年愛因斯坦從理論上指出：除自發輻射外，處於高能級E2上的粒子還可以另一方式躍遷到較低能級。他指出當頻率為=（E2-E1）/h的光子入射時，也會引發粒子以一定的概率，迅速地從能級E2躍遷到能級E1，同時輻射一個與外來光子頻率、相位、偏振態以及傳播方向都相同的光子，這個過程稱為受激輻射。

可以設想，如果大量原子處在高能級E2上，當有一個頻率 =（E2-E1）/h的光子入射，從而激勵E2上的原子產生受激輻射，得到兩個特徵完全相同的光子，這兩個光子再激勵E2能級上原子，又使其產生受激輻射，可得到四個特徵相同的光子，這意味著原來的光信號被放大了。這種在受激輻射過程中產生並被放大的光就是激光。

二．粒子數反轉

愛因斯坦1917提出受激輻射，激光器卻在1960年問世，相隔43年，為什麼？主要原因是，普通光源中粒子產生受激輻射的概率極小。

當頻率一定的光射入工作物質時，受激輻射和受激吸收兩過程同時存在，受激輻射使光子數增加，受激吸收卻使光子數減小。物質處於熱平衡態時，粒子在各能級上的分佈，遵循平衡態下粒子的統計分佈律。按統計分佈規律，處在較低能級E1的粒子數必大於處在較高能級E2的粒子數。這樣光穿過工作物質時，光的能量只會減弱不會加強。要想使受激輻射佔優勢，必須使處在高能級E2的粒子數大於處在低能級E1的粒子數。這種分佈正好與平衡態時的粒子分佈相反，稱為粒子數反轉分佈，簡稱粒子數反轉。如何從技術上實現粒子數反轉是產生激光的必要條件。

理論研究表明，任何工作物質，在適當的激勵條件下，可在粒子體系的特定高低能級間實現粒子數反轉。

若原子或分子等微觀粒子具有高能級E2和低能級E1,E2和E1能級上的布居數密度為N2和N1，在兩能級間存在著自發發射躍遷、受激發射躍遷和受激吸收躍遷等三種過程。受激發射躍遷所產生的受激發射光，與入射光具有相同的頻率、相位、傳播方向和偏振方向。因此，大量粒子在同一相干輻射場激發下產生的受激發射光是相干的。受激發射躍遷機率和受激吸收躍遷機率均正比於入射輻射場的單色能量密度。當兩個能級的統計權重相等時，兩種過程的機率相等。在熱平衡情況下N2＜N1，所以自發吸收躍遷佔優勢，光通過物質時通常因受激吸收而衰減......

如何產生激光？ 50分

日常生活中的小物件激光強度都很低，達不到燒木頭的程度

激光產生的原理

光與物質相互作用時可出現受激吸收、自發輻射、受激輻射現象。

受激輻射，在穩定狀態下，高能態的粒子數多於低能態的，而受激輻射要高能級的粒子數多於低能級的，使受激輻射過程強於吸收過程，因此粒子數的反轉是產生激光的必要條件。能實現粒子數反轉的工作物質最常見的是三能級系統或四能級系統的。

激光發射的第二個條件是必須有一個起正反饋、諧振和輸出作用的光學諧振腔。僅有粒子數反轉分佈還不能形成激光。因為激發態的粒子是不穩定的，它們在激發態的壽命時間範圍內會紛紛跳回到基態，形成自發輻射，這些光子射向四面八方。要產生激光振盪還必須有起著正反饋、諧振和輸出作用的光學諧振腔。在諧振腔中，偏離工作物質軸向的光子逸出腔外，只有沿著軸向傳播的光子在諧振腔兩端反射鏡作用下才能往返傳播。這些光子就成為引起受激輻射的激發因子，它們可導致軸向受激輻射的產生。受激輻射發出的光子與引起受激輻射的光子有相同的頻率、相位、傳播方向和偏振狀態。它們沿軸線方向不斷地往返，穿過已實現粒子數反轉的工作物質，從而不斷地引發受激輻射，使軸向行進的光子不斷得到放大和振盪。這種雪崩式的光放大過程使得諧振腔內沿軸線方向的光量驟然增大，並從諧振腔的部分反射鏡端射出，這就是激光束。