固體激光器工作原理

固體激光器是用固體激光材料作為工作物質的激光器，具有體積小、使用方便、輸出功率大的特點，在軍事、加工、醫療和科學研究領域有廣泛的用途。但由于固體激光器工作介質的制備較復雜，所以價格較貴。

一個原子吸收能量之后，從低能態到高能態的過程稱為激發過程。反之，處于激發狀態的原子是不穩定的，總是自發地回到低能態，同時有光子發出。這一過程叫“自發輻射”。如果原子吸收外界光能而躍遷到高能級，而受外界光感應產生輻射又回到低能態，這一過程叫“受激發射”。但是，只有采用一種辦法使物質中大量粒子同時處于激發態，并通過外界光感應，使所有處于激發態的粒子幾乎同步完成受激輻射回到低能態，這時物質才能發出一柬強大的光束來，稱為“激光”。

在固體激光器中，能產生激光的晶體或玻璃被稱為激光工作物質。激光工作物質由基質和激活離子兩部分組成，基質材料為激活離子提供了一個合適的存在與工作環境，而由激活離子完成激光產生過程。常用的激活離子主要是過渡金屬離子，如鉻、鉆、鎳等離子以及稀土金屬離子，如釹離子等。

固體激光器主要由閃光燈、激光工作物質（如紅寶石激光晶體）和反射腔鏡片組成，反射鏡表面鍍有介質膜，一片為全反射鏡，另一片為部分反射鏡。摻鉻紅寶石是一種最早發現和使用的激光工作物質。現在已研制成功了數十種可供應用的激光晶體。當采用不同的激活離子、不同的基質材料和不同波長的光激勵，會發射出各種不同波長的激光。

早期的固體激光器都是用閃光燈或其他激光器，來完成激光工作物質內原子的受激輻射過程的，這基本上是由一種形式的光能轉化為激光能量的過程。如何把電能直接轉化為激光的能量，一直是人們夢寐以求的事情。

固體激光器的基本組成

固體激光器一般由三個部分組成：

（1）工作物質 這是激光器的核心，只有能實現能級躍遷的物質才能作為激光器的工作物質。目前，激光工作物質已有數千種，激光波長已由X光遠至紅外光。例如氦氖激光器中，通過氦原子的協助，使氖原子的兩個能級實現粒子數反轉；

（2）激勵能源（光泵） 它的作用是給工作物質以能量，即將原子由低能級激發到高能級的外界能量。 通過強光照射工作物質而實現粒子數反轉的方法稱為光泵法。例如紅寶石激光器，是利用大功率的閃光燈照射紅寶石（工作物質）而實現粒子數反轉，造成了產生激光的條件。通常可以有光能源、熱能源、電能源、化學能源等。

（3）光學共振腔 這是激光器的重要部件，其作用一是使工作物質的受激輻射連續進行；二是不斷給光子加速；三是限制激光輸出的方向。最簡單的光學共振腔是由放置在氦氖激光器兩端的兩個相互平行的反射鏡組成。當一些氖原子在實現了粒子數反轉的兩能級間發生躍遷，輻射出平行于激光器方向的光子時，這些光子將在兩反射鏡之間來回反射，于是就不斷地引起受激輻射，很快地就產生出相當強的激光。這兩個互相平行的反射鏡，一個反射率接近100%，即完全反射。另一個反射率約為98%，激光就是從后一個反射鏡射出的。激光器主要由三部分組成：工作物質、激勵能源、諧振腔（共振腔）。