条件一:首先,激光的产生需要光线在发射后以光速向各个方向传播。为了能够收集并放大这些光线,必须使用一个被称为“共振腔”的设备。这个共振腔通过反射镜将光线限制在一个特定区域内,使光线能够来回反射。由于光放大器产生的光子具有相同的性质,因此光线传播的方向也会一致。通过共振腔的作用,光线传播的方向被统一,只有与共振腔方向相同的光线才会被放大,其他方向的光线则不会。这是产生激光的第一个必要条件。理论上,如果工作物质足够长,即使初始自发辐射很弱,最终也能被放大到一定强度。但在实际的激光器中,工作物质既不需要特别长,也不可能特别长(除了最近发展的光纤激光器)。通常的做法是在工作物质的两端放置反射镜,使光线能够来回多次反射并通过工作物质被放大。为了充分利用光能,工作物质通常被置于一个聚光腔体中,这个腔体与端面反射镜共同构成了激光谐振腔。
条件二:第二个必要条件是,激光作为一种光,与其他自然光源一样,是由原子(或分子、离子等)的跃迁产生的,并且最初是由自发辐射引起的。然而,与普通光源不同的是,普通光源在整个传播过程中始终由自发辐射产生,因此包含不同频率(或不同波长、不同颜色)的成分,并且向各个方向传播。而激光在最初的极短时间内依赖于自发辐射,之后的过程完全由受激辐射决定。正是这个原因,使得激光具有非常纯正的颜色,几乎无发散的方向性,以及极高的发光强度。
条件三:第三个必要条件是,激光的产生还依赖于受激辐射的过程。受激辐射是指当一个光子与一个处于激发态的原子相互作用时,会导致原子从激发态跃迁到基态,并释放出一个与入射光子具有相同频率、相位、传播方向的光子。这个过程在激光器中不断进行,从而产生了一系列具有相同频率和传播方向的光子,形成了激光。受激辐射的持续进行是产生激光的第三个必要条件。
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