什么是天博体育官网器？
“天博体育官网”（“天博体育官网” （天博体育官网）一词是“通过刺激辐射的刺激放大”（（通过受激辐射产生的光放大）的首字母缩写。所有天博体育官网器都通过受激辐射过程将输入能量转换成光。）
天博体育官网器有各种尺寸
“受激辐射”现象是天博体育官网操作的核心。为了创造产生和维持受激辐射的条件，天博体育官网器结合了三个关键功能元件。它们是：
- 天博体育官网介质：一项支持粒子数反转的功能
- 天博体育官网源：提供能量以天博体育官网粒子数反转
- 谐振腔：提供一种支持放大的反馈机制，并且还决定天博体育官网束的空间和光谱特性
然而，这三种元件的形式和实现方式在不同类型的天博体育官网器之间存在很大差异。具体来说，这些差异包括使用不同类型的天博体育官网材料（支持受激辐射的增益介质）、如何向该材料提供能量、天博体育官网腔的形式以及输出特性。
让我们看看这些元件的基本原理，以及它们在各种类型的天博体育官网器中所采取的一些形式。
供图：Laseranimation Sollinger GmbH
天博体育官网增益介质
要了解什么是天博体育官网增益材料，首先必须了解受激辐射的过程。量子力学告诉我们，原子和分子只能存在于某些特定的、离散的能级上。最低能级称为基态，而较高的能级称为激发态。
通常，材料的温度决定其原子或天博体育官网在可能的能级中的分布方式。在典型的热平衡状态下，大多数原子或天博体育官网都处于较低能态，而处于激发态的原子或天博体育官网会逐渐减少。
在某些材料中，“泵浦”（“泵浦”）来天博体育官网粒子数反转。这意味着超过50％的原子或分子会处于激发态 - 与正常的热平衡状态相反。
粒子数反转为受天博体育官网过程创造了有利条件。当一个原子或分子发射光子并从较高能态降至较低能态时，就会发生该过程。这称为自发发射。
第一个光子经过另一个原子或分子附近并刺激它发射第二个光子。第二个光子与激发光子具有相同的能量、方向、相位和偏振。然后，这两个光子会引起另外两个光子的受激辐射 - 所以现在有四个光子。这个过程迅速级联以天博体育官网大量相同的光子。这种光子级联（称为放大或增益
然而，并非所有材料都能支持粒子数反转和受天博体育官网。能否做到这一点取决于几个因素，包括原子或分子中允许的能级、这些能级之间的跃迁概率、激发态的寿命（原子或分子倾向于保持激发态的时间长短），以及其他若干因素。
能够支持天博体育官网的材料几乎具有各种形式 - 固体、液体和气体。按照惯例，这些材料通常分为几类，如表中所示。
天博体育官网泵浦
必须从外部源向增益介质提供能量才能产生粒子数反转。（此过程导致受激辐射，进而产生天博体育官网输出）。该方法取决于增益介质。最常见的是，以电或光的形式提供能量。一种不太常见的方法是通过放热化学反应释放能量。
所有各种固态晶体和光纤天博体育官网介质都是电绝缘体；换句话说，它们不能传导电流。因此
早期的固态天博体育官网器使用闪光灯作为泵浦源，并且这些天博体育官网器目前仍在某些应用领域使用。它们的主要优点是成本低，能够提供高天博体育官网脉冲能量。
但闪光灯会产生广谱光。天博体育官网增益材料只能利用这种光的非常窄的光谱，即
现在更常使用的是泵浦固态和光纤天博体育官网器，以及另一种天博体育官网器（通常是二极管或固态天博体育官网器，以及另一种天博体育官网器（通常是二极管或固态天博体育官网器，以满足增益介质的吸收条件。这会产生更高的整体泵送效率并降低冷却要求。
使用天博体育官网作为泵浦源还有另外一个优点。大多数天博体育官网器均产生容易聚焦的光束。这使得泵浦光可以集中在增益介质中能够充分发挥其作用的地方。即，所谓的“模体积”，并提高输出光束的质量。
使用光纤耦合半导体天博体育官网器作为泵浦源的光纤天博体育官网器就是能够很好阐释这一原理的一个例子。可以轻松地配置这些天博体育官网器，以便根据需要将泵浦光主要引导到增益光纤的纤芯或包层中
电泵浦可与半导体（二极管）天博体育官网器结合使用
还可以对半导体天博体育官网官网官网官网官网官网官网官网器进行光泵浦。在这种情况下，另一个半导体天博体育官网官网官网官网官网官网官网官网器的输出会聚焦到二极管的有源区域。这提供了泵能量，而不是使用电流。光泵浦使半导体天博体育官网官网官网官网官网官网官网官网器更加复杂，但可以提供更广泛的天博体育官网官网官网官网官网官网官网官网输出波长选择、更高的输出功率和更好的效率（意味着产生的热量更少
气体天博体育官网器的电泵浦稍微复杂一些。气体天博体育官网器通常由天博体育官网管内包含的多种气体组成。高电压用于在天博体育官网管内产生电子放电。这些高能电子撞击气体分子并向其传递能量。
对于二氧化碳天博体育官网器，电子与氮天博体育官网碰撞并通过振动激发它们。这些氮天博体育官网随后与co2分子碰撞，将天博体育官网传递给co2分子以天博体育官网粒子数反转。
另一个例子是离子天博体育官网器。在离子天博体育官网器中，电子放电再次与天博体育官网管内的氩气或氪气发生碰撞。第一次碰撞使气体电离。然后，与离子的进一步碰撞提供能量，使它们处于激发态并产生粒子数反转。
谐振腔
通常，谐振腔（或谐振器，谐振腔（或谐振器，因为每次通过增益介质时的放大量相对较小。一个主要的例外是准分子天博体育官网器，它即使在少次通过时也能产生非常大的增益（放大
最简单类型的谐振腔由两个彼此面对面的镜子构成，100％。前镜（称为输出耦合器）的反射率可能在30％到99％之间，具体取决于天博体育官网介质。
在操作中，光在这些镜子之间来回反射，每次穿过天博体育官网介质时强度都会得到增强。一些光通过输出耦合器离开谐振器。因此，天博体育官网谐振器内的光强度始终远远高于从设备发出的光的强度。
端镜通常具有曲率，“离开”谐振器
天博体育官网谐振器基础知识
天博体育官网谐振器的主要元件。泵浦源将能量提供给放置在两面镜子之间的增益介质。镜子提供反馈，使发射的光子多次穿过增益材料以进行放大。
使用两个平面镜的谐振器结构简单，但对未对准情况非常敏感，因为它会导致光子在少次通过后“离开”，如果谐振器的物理尺寸很小，那么这不是问题。这种配置通常用于半导体天博体育官网器。
使一个或两个镜子凹陷，能够更好地将光束限制在谐振器内，并且还会使产生的天博体育官网具有形状良好的小光束。对于许多固态和气体天博体育官网器来说，这种谐振器设计上的变化比较常见。
在光纤天博体育官网器中，镜子通常是直接集成到光纤中的高反射光纤布拉格光栅（fgb）。在这种情况下，光纤本身在空间上限制光束并定义其形状。在半导体天博体育官网器中，通过劈开半导体器件的端部并在上面涂上光学薄膜，就构成了这些镜子。
天博体育官网的独特特性
天博体育官网器已成为各种应用中不可或缺的工具。事实上
特性 |
解释 |
应用 |
连贯性 |
受激辐射产生彼此同相的光子。这就是所谓的“高意性”。这一特性使天博体育官网能够产生清晰的干涉条纹图案。 |
|
方向性 |
受激辐射机制与大多数天博体育官网谐振器的特性经常结合起来，能够产生不会在一定距离内快速传播的高度定向的光束。 |
|
高强度 |
天博体育官网的强度非常高，因为所有天博体育官网功率可以轻松地集中（聚焦 |
|
单色性 |
受激辐射天博体育官网的光子都具有相同的单一波长或非常窄的波长范围。 |
|
第一台天博体育官网器于1960年进行了演示。虽然它引起了人们的一些兴趣和些许兴奋，但在最初的几年里
当您进行实验室测试时，天博体育官网会对您的血细胞进行计数。许多剧院都使用天博体育官网来放映电影。天博体育官网每年都会用于无数外科手术和其他医疗手术。天博体育官网能够用于焊接汽车