激光原理概念总结图第1篇

激光切割的优缺点

激光切割的优点是：精度、成本效益、自动化灵活性、适用材料范围广、非接触式切割等。

高精度

在大多数情况下，强大的激光以无与伦比的精度熔化和蒸发材料，典型公差为毫米至毫米。相比之下，等离子切割机的公差通常在毫米左右。

当需要极高的准确度和精度时，激光切割机几乎总是最好的选择。这就是激光切割经常用于公差极其严格的航空航天工业的原因之一。

激光原理概念总结图第2篇

对于受激辐射大于受激吸收这一点，我们要保证

这个是由前面推导中n2·B21>n1·B12得来的，但我们可以从概率上去解析辐射大于吸收的问题，自然地，受激辐射的概率要大于受激吸收的概率，所以，

要使前者远大于后者，增大入射能量密度是不二之选。在前面的推论中我们知道，能量密度是随距离的增大而指数增长的，但在激光发生器里，介质的宽度是有限的，所以我们就在介质两端加上反射镜，让光在介质里来回传输，这样就能起到让光不断地以指数级增大。而这个装置，就叫光学谐振腔。为保证阅读方面，我们在后面依然用激光放大器这个名称来表示光学谐振腔。

激光放大器中介质的两端虽然加上反射镜，让光能在介质中来回传播以达到不断增大的目的，但是反射镜参数的选择却十分重要。因为镜面的反射系数r不同，光就会往不同方向反射。如果这两个反射镜配置不当，就很可能会使得光在激光放大器中因为反射角度偏离而不断损耗，起不到放大的作用。所以我们要做出稳定的放大腔，让激光在里面得以稳定地放大。

下图是一个由两块凹面镜组成的激光放大器简图

这两个凹面镜的曲率半径分别为R1和R2（R1和R2为负值时是凸面镜），两个镜面之间的距离为L（腔长）。科学家证实，这种球面腔稳定的条件为0

粒子数反转

我们前面讲到，激光的产生，主要是由受激辐射完成，但完成地前提条件是，能级E2上有足够多的粒子进行受激辐射，迁移到能级E1上。如果能级E2上没有可以发生受激辐射的粒子，那就啥也做不成。而要实现能级E2的粒子多于能级E1，我们就要实现粒子数反转。

我们知道，原子的能级越低，粒子数越多；能级越高，粒子数越少。所以，对于一个未经处理过的“增益介质”，本身并不存在“增益”的作用，我们需要先将低能级的粒子转移到高能级上去，再让高能级的粒子发生受激辐射。实现这个功能的，就是激光放大器中的三能级系统或四能级系统。

在三能级系统中，粒子会在三个能级（E1、E2、E3）中进行迁移。如下图

（三能级系统）

通过激励源，我们将下能级（E1）的粒子抽运到E3能级，因为E3上面的粒子停留时间（寿命）很短，很快就会以非辐射跃迁的方式落到上能级E2上，当下能级多于一半的粒子被抽运到E3，最后落在E2时，E2的粒子数就会多于E1的粒子数，这时就可以实现粒子数反转了。

四能级系统比三能级系统更加容易产生粒子数反转。如下图：

（四能级系统）

在这个系统中，E1能级上基本是空的，可以认为没有粒子，而粒子从能级E0中被抽运到能级E3，同样的，粒子会以非辐射跃迁的方式落到能级E2上，因为E1基本为空，所以这时候就实现粒子数反转了。

显然，四能级系统不需要将超过一半的低能级粒子抽运到高能级，比起三能级系统，这就简省了很多力气，所以，四能级系统的激励源能量比三能级的小很多，也更容易实现粒子数反转。

激光放大器的损耗主要来源于两块，一是在镜面上，一是在增益介质上。

【镜面】前面我们有提到，由于镜面反射系数r的不同，光可能就不会往正确的方向反射。其实不仅仅是反射角度，光还会在镜面透射，若透射系数为t，那么就会有t·I透射出去，光还会在镜面发生衍射等等。

【介质】由于介质本身不一定均匀，尤其是以气体作为增益介质（热运动），所以光就会在介质当中发生折射、散射，甚至让低能级的粒子吸收其光能，跃迁到上能级。这样，当光穿过介质时，会以相对速率a内减小，a内是内部损耗系数，表示光通过单位长度介质时光强的相对损耗率（可类比于G）。所以，光在介质中传播时的光强变化律为：

到这里，第一第二章的大部分内容就讲完了，剩下还有一个最难的部分——增宽。正羊羊会在下一篇中做阐述，敬请期待！