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.

pn 结半导体的激光器件符合三个条件和实现方法如下：

1. pn 各自渗入适当的元素，方法就是在化学元素周期表上选择。

2. 酸碱度达到激光要求，方法就是从产生激光的路明度反推。

3. 以足够电子冲击，方法就是以电表测试直到发光。

如果大量原子处在高能级E2上，当有一个频率 =（E2-E1）/h的光子入射，从而激励E2上的原子产生受激辐射，得到两个特征完全相同的光子，这两个光子再激励E2能级上原子，又使其产生受激辐射，可得到四个特征相同的光子，这意味着原来的光信号被放大了。这种在受激辐射过程中产生并被放大的光就是激光！

激光打标机上的模块所发出的是部分能量的光子，其原理就是里面的二极管阵列对激光棒进行泵浦，实现粒子反转（就像水泵抽水一样），当超过阈值时，高能级的粒子就会自动跃迁到低能级，发出光子（能量守恒）。

全反镜、半反镜所形成的是一个谐振腔，光子在谐振腔里面无限受激放大形成高能量激光。由谐振腔、激光工作物质（激光泵）、泵浦源（二极管阵列）才真正组成一个激光发射装置（这里的激光工作物质、泵浦源都集成在模块里面）。

当激光器发出2hλ时，经过半反镜后，发出了hλ，反射了hλ，反射经过激光器，激发出hλ后变成2hλ，2hλ再通过全反再次经过激光器（主要是激发激光棒里面的高能级光子）激发出2hλ，此次从激光器发出的是4hλ（用来激发的光子是不会消失）。就是这样一个过程让能量无限放大，就形成了高能量的激光！从理论上讲，这个光束的强度可以到无穷，但是实际不会，因为我们输入激光器的能量是一定的（也就是因为你提供家用的电只能让泵浦源产生一定能量，不能让更多的粒子实现粒子反转，通俗的讲就是你水泵的马力不够 ）。

前面用的是半反镜（就是反射一半的激光回去），激光就是由若干聚在一起、传播的方向都一致光子组成。微观的来看，就是半反镜反射一个光子回去，这个光子呢，经过激光器的时候，从激光器中撞一个光子出来（激发），那么激光器的另一头出来两个光子（用来撞击的光子不会停留在激光器里面，这个不能用物理中的力学来跟你解释）。两个光子再由后面的全反镜全部反射回去，再次经过激光器又可以撞出两个光子，变成了四个光子，就这样一个过程是不是就把激光的能量放大了四倍？前后两块镜片，就是起放大激光的作用，因为你所说的激光器所发出的激光能量还是很小的！

激光器的功率是固定的，选着全反半反只能适当的让同一电流下激光功率稍微变大一点，一般全反选择90%以上的（越高越好，好像没有100%的），半反好像是30%左右的吧。具体如何去判断它的反射率，得去找做镜片的人了，毕竟市场都是一分钱一分货嘛！

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