在钛宝石激光器中,首先是氙灯放出泵浦光,在钛宝石激光器里建立粒子集居数反转。然后激发态的粒子首先通过自发辐射随机的放出光子,这些光子又通过受激辐射产生更多和自身相干的光子。在这个过程中谐振腔选择了波长和方向满足条件的光子,这就使得沿谐振腔轴向的光强逐渐增加,而产生激光。
题主在问题里有一些概念的混淆。激励光也就是泵浦光是要额外引入的,作为整个激光系统的能量源,在某些系统里这个能量源也可以是另一束激光或者电能;而钛宝石激光器的产生是自发辐射和谐振腔选模作用的共同结果。
首先,辐射大于吸收,这是由于出现了粒子数反转。对于腔光子,辐射和吸收这两个过程对应的跃迁偶极矩相同,因此辐射和吸收只和各态粒子数有关。
粒子数反转就是“第二态”布居数大于基态。考虑这样的三能级系统,出现的原因是“第二态”寿命要长于最高激发态,并且最高激发态容易向“第二态跃迁”。所以经过泵浦光的泵浦,大部分布居数都在“第二态”。
“激励源”,如果我没理解错的话,应该是自发辐射光子。“第二态”的原子自发辐射出腔光子,被腔镜反射,再导致其他原子受激辐射。自发辐射有随机性,最初会有很多不同的模式,于是就开始了模式竞争。不同模式在腔里的寿命是不同的,因此只有寿命最长的模式的光子会留到最后。很多腔也会加入一些光学原件实现人为的选模,比如利用宝石的布儒斯特角、微调腔长、用双轴晶体等。也可能多个模式都存在,就会造成输出不稳定。也有一些脉冲激光器会用外部种子光作为“激励源”。
最后是反冲动量,固体激光器通常不存在这个问题,因为工作物质在晶体中,这个动量会被晶格吸收,而整个晶体又是固定的。气体激光器这部分会比较明显,但是气体分子本身的热运动已经很大,所以没什么影响。一般x射线源才需要考虑,被称作穆斯鲍尔效应,已经不是传统激光的范围。
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