激光器的物理基础是光的受激辐射放大,激光的英文单词laser就是来自于light amplification by stimulated emission of radiationd 中的头几个字母。
光与物质的相互作用主要可以归结为三个方面:吸收、自发辐射和受激辐射。
1.受激吸收:吸收是激光工作物质从外界吸收能量的过程,在这里我们关心一种的吸收过程-受激吸收。受激吸收是一种与后面将要介绍的受激辐射相反的过程,既一个外界光子将使一个处于级E1的粒子跃迁到一个较级E2上,且外来光子的频率υ与粒子能级差E2-E1有如下关系:
υ=(E2-E1)/h
其中h为普朗克常数。
2.自发辐射:在没有外界干扰的情况下,处于级的粒子,可以自发地向级跃迁,同时发射一个光子,这个光子的频率一般由下式决定:
υ=(Em-En)/h
Em-En为发生跃迁的上下能级能量差。自发辐射过程与外界相互作用无关,各个原子的辐射都是自发的、随即的、的进行,因而各个粒子发出的光子的发射方向、偏振态和相位是不同的,随机的。自发辐射是一种非相干光辐射。
3.受激辐射:当存在外来光子时,光子与粒子相互作用,当外来光子的频率υ正好满足。