以半导体激光器为例说明产生激光的原理和条件

听我娓娓道来.

首先,激光的英文叫Laser light amplification by stimulated emission of radiation.就是通过受激发射实现光放大.

光通过谐振腔的选模作用和增益介质的放大作用,经过震荡和放大,实现拥有单色性、准直性、相干性非常好的光束,这个就是激光.

激光器有很多种类型,但他的必要组成部分无外乎：谐振腔、增益介质、泵浦源.

形成激光的一个重要条件是,粒子数反转,就是导带的粒子数密度大于价带（半导体）或高能级的粒子数密度大于低能级（气体或固体）,激光的现象就是在这样一种偏离了平衡态的稳态.

半导体激光器比起固体激光器和气体激光器,结构上还是有很大区别的.半导体激光器一般是三层或多层异质结结构,这样由于折射率的的内大外小自然构成了光约束,又由于异质结结构形成的量子井结构（最早的半导体激光器不是量子井结构的,随着MBE的半导体加工技术的应用,单井和多井结构得以实现）,对载流子形成了约束,使受激发射大都发生在增益介质的带边,这样就大大提高了激光器的效率.半导体激光器是电泵浦的,不同于气体激光器或固体激光器的光泵浦.

半导体激光器的工作过程是这样的,由于外加电场的作用,载流子开始移动,由于量子井的存在,载流子开始在量子井中堆积,然后一部分导带的电子会自发跃迁回价带放出一个能量等于带隙宽度（band gap）的光子,这个过程叫自发发射,一部分自发发射的光子会被吸收,再放出两个光子,这个过程叫受激发射,这样自发发射的光子成为了最初的泵浦光,然后不断的发生受激发射,受激发射的光子会在增益介质中不断震荡,不断的使更多的光子受激发射出来,当外加电场强度达到粒子数反转所需强度之后一段时间,便会有稳定的激光输出了.

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这个过程当中有很多很多细节问题,不明白可以问我.

激光英文名是 Laser，即 Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation。这里就包含了激光形成的两个最重要的信息：

1 Amplification，放大

2 stimulated emission of radiation 受激辐射

首先要知道，原子内的电子是处在某些特定的能量状态的，当电子从高能量状态跃迁到低能量状态是就会辐射出一定频率的光子(频率与能量状态的差值有关)，如果能量差是固定的，那么光的频率也是固定的。电子除了自发地从高能态跃迁到低能态之外，还存在一种受激辐射。也就是处在高能的电子受到射入光子的作用，回到低能态，再释放一个光子(这样加上原来的就有两个)。这就是激光的基本发生原理。

激光发生要有一种外在的能源(可以是光、电、化学能等)使得激光物质(如红宝石等)中的电子不断跃迁到高能态。这时有些电子会自发地从高能态降落到低能态，并释放光子，这些最初的光子就开始激发其它高能态的电子返回低能态，释放更多同频率，同相位的光子。整个过程就像雪崩，会有越来越多的光子释放出来，这就是放大。

为了让放大能够不断进行。激光管两端有两块平行玻璃片。一片全反，一片部分透光。它的作用有是部分发射激光，同时令其余的光子继续留在管内(学名共振腔)引发受激辐射，保证激光源源不断产生。它的另一个作用是，若光子不沿平行玻璃的轴线，那么它们将会很快溢出共振腔，也就意味着，只有沿轴向的光子能够被选择性地放大，这保证了激光的定向性。

同时前面也提到，受激辐射出的光子与入射光子有相同相位，这样也使得激光有很好的相干性。

而固定的能级差也保证了激光良好的单色性。

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