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鈦寶石激光器的觸發(fā)光到底是怎么產(chǎn)生的呢?

  在鈦寶石激光器中,首先是氙燈放出泵浦光,在鈦寶石激光器里建立粒子集居數(shù)反轉(zhuǎn)。然后激發(fā)態(tài)的粒子首先通過自發(fā)輻射隨機(jī)的放出光子,這些光子又通過受激輻射產(chǎn)生更多和自身相干的光子。在這個(gè)過程中諧振腔選擇了波長和方向滿足條件的光子,這就使得沿諧振腔軸向的光強(qiáng)逐漸增加,而產(chǎn)生激光。

  題主在問題里有一些概念的混淆。激勵(lì)光也就是泵浦光是要額外引入的,作為整個(gè)激光系統(tǒng)的能量源,在某些系統(tǒng)里這個(gè)能量源也可以是另一束激光或者電能;而鈦寶石激光器的產(chǎn)生是自發(fā)輻射和諧振腔選模作用的共同結(jié)果。

  首先,輻射大于吸收,這是由于出現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。對于腔光子,輻射和吸收這兩個(gè)過程對應(yīng)的躍遷偶極矩相同,因此輻射和吸收只和各態(tài)粒子數(shù)有關(guān)。

  粒子數(shù)反轉(zhuǎn)就是“第二態(tài)”布居數(shù)大于基態(tài)。考慮這樣的三能級系統(tǒng),出現(xiàn)的原因是“第二態(tài)”壽命要長于最高激發(fā)態(tài),并且最高激發(fā)態(tài)容易向“第二態(tài)躍遷”。所以經(jīng)過泵浦光的泵浦,大部分布居數(shù)都在“第二態(tài)”。

  “激勵(lì)源”,如果我沒理解錯(cuò)的話,應(yīng)該是自發(fā)輻射光子。“第二態(tài)”的原子自發(fā)輻射出腔光子,被腔鏡反射,再導(dǎo)致其他原子受激輻射。自發(fā)輻射有隨機(jī)性,最初會有很多不同的模式,于是就開始了模式競爭。不同模式在腔里的壽命是不同的,因此只有壽命最長的模式的光子會留到最后。很多腔也會加入一些光學(xué)原件實(shí)現(xiàn)人為的選模,比如利用寶石的布儒斯特角、微調(diào)腔長、用雙軸晶體等。也可能多個(gè)模式都存在,就會造成輸出不穩(wěn)定。也有一些脈沖激光器會用外部種子光作為“激勵(lì)源”。

  最后是反沖動量,固體激光器通常不存在這個(gè)問題,因?yàn)楣ぷ魑镔|(zhì)在晶體中,這個(gè)動量會被晶格吸收,而整個(gè)晶體又是固定的。氣體激光器這部分會比較明顯,但是氣體分子本身的熱運(yùn)動已經(jīng)很大,所以沒什么影響。一般x射線源才需要考慮,被稱作穆斯鮑爾效應(yīng),已經(jīng)不是傳統(tǒng)激光的范圍。

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