激光的工作原理：从介质泵浦到光学谐振腔

• 激光束在预先注入能量的活性介质中形成
• 光学谐振腔增强光线，产生强大的光束
• 早期激光器使用光学泵浦，现在使用电流
• 激光在医学、工业和通信中得到了应用

激光（通过受激辐射的光放大）已成为现代世界的关键技术之一。其光具有高单色性、方向性和相干性，使其在从外科手术到微电路生产线等各个领域中不可或缺。

工作原理：从能量到光

为了生成激光束，必须创造条件，使活性介质中的原子或分子处于所谓的反转状态。这是通过外部能量对介质进行“泵浦”来实现的：首先向其输入能量，然后发生的过程刺激相位、频率和方向相同的光子发射。

获得的光在共振腔的两个镜子之间反复反射，每次通过时都会增强。这样的系统可以将单个光子的能量聚集成强大、定向的光束。

泵浦方法的演变

20世纪中叶创造的第一批实验激光器使用了光学泵浦——外部光辐射，通常来自灯泡，激发了活性介质。这种方法需要庞大的设备，并限制了装置的紧凑性。

随着技术的发展，电流越来越多地被用作能源来源。电气放电可以显著减小激光器的尺寸，简化其在便携式设备和工业生产线中的集成。

现在存在广泛的激光器，按活性介质类型（固体、气体、半导体）和泵浦方式进行区分。然而，基本原理——能量 → 反转 → 在谐振腔中的增益——保持不变。

激光的实际意义难以高估。在医学中，它们用于精确的外科切割、光凝固和皮肤治疗。在工业中，激光用于金属切割、焊接、标记和测量。此外，它们是光纤通信的基础，能够通过光纤传输大量数据。

因此，现代激光是基本物理原理与旨在提高效率和减小设备体积的工程解决方案相结合的结果。

来源：N+1