安徽锐富光电科技有限公司
Anhui Rich Optoelectronics Tech. CO.,LTD
4.晶体腔：工作物质，谐振腔，激发源
• 工作物质：使受激辐射成为介质中的主导过程，必要条件是在介质中造成离子数反 转分布，即使介质激活。例如：掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG）YAG激光晶体。
• 谐振腔：加强介质中的受激辐射，通常由两块与工作介质轴线垂直的平面或凹球面 反射镜构成。工作介质实现了粒子数反转后就能产生光放大。谐振腔的作用是选择 频率一定、方向一致的光作最优先的放大，把其它频率和方向的光加以抑制。
E2
E2
入射光子
E1
E1
受激吸收跃迁
b.自发辐射：粒子受到激发而进入的激发态，不是粒子的稳定状态，如存在着可以接纳粒子 的较低能级，即使没有外界作用，粒子也有一定的概率，自发地从高能级激发态（E2）向 低能级基态（E1）跃迁，同时辐射出能量为（E2-E1）的光子。
E2
E2
E1
E1
自发辐射跃迁
自发辐射光子
目录 一：激光产生原理 二：激光刻蚀原理
安徽锐富光电科技有限公司
Anhui Rich Optoelectronics Tech. CO.,LTD
激光产生原理
1.激光定义：
激光的最初的中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译，是取 自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词头一个字母组 成的缩写词。意思是“通过受激发射光扩大”。激光的英文全名已经完全表达了制造激光的 主要过程。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。
• 激发源：要是工作物质成为激活态，需要外界激励作用。一般有光泵式，电激励式 ，化学式。
电源
光源泵
全反射镜
工作介质（YAG晶体）
激光束
半反射镜
安徽锐富光电科技有限公司
Anhui Rich Optoelectronics Tech. CO.,LTD
处于粒子数反转状态的粒子体系（工作物质）。具有特定频率的 光进行放大。激光振荡器中工作物质发出的光不是外来的，而是 工作物质本身自发跃迁而产生的，即自发辐射（非受激辐射）。 由于自发辐射没有确定的频率及传播方向，且杂乱无章。为使自 发辐射频率单一性，就需要有一装置来实现，即光学谐振腔。
安徽锐富光电科技有限公司
Anhui Rich Optoelectronics Tech. CO.,LTD
自发辐射光子不断产生，同时射向工作物质，再激发工作物质产生很多新光子（受激 辐射）。光子在传播中一部分射到反射镜上，另一部分则通过侧面的透明物质跑掉。 光在反射镜的作用下又回到工作物质中，再激发高能级上的粒子向低能级跃迁，而产 生新的光子。在这些光子中，不在沿谐振腔轴方向运动的光子。就不与腔内的物质作 用。沿轴方向运动的光子，经过谐振腔中的两个反射镜多次反射，使受激辐射的强度 越来越强。促使高能级上的粒子不断地发出光来。如果光放大到超过光损耗时（衍射、 吸收、散射等损失）产生光的振荡，使积累在沿轴方向的光，从部分反射镜中射出这 就形成激光。
2.激光发展史：
1960年7月7日，梅曼宣布世界上第一台激光器由诞生，梅曼的方案是，利用一个高强 闪光灯管，来刺激红宝石。由于红宝石其实在物理上只是一种掺有铬原子的刚玉，所以当红 宝石受到刺激时，就会发出一种红光。在一块表面镀上反光镜的红宝石的表面钻一个孔，使 红光可以从这个孔溢出，从而产生一条相当集中的纤细红色光柱，当它射向某一点时，可使 其达到比太阳表面还高的温度。
安徽锐富光电科技有限公司
Anhui Rich Optoelectronics Tech. CO.,LTD
原子结构模型
安徽锐富光电科技有限公司
Anhui Rich Optoelectronics Tech. CO.,LTD
3.激光产生理论介绍
3-1 激光在产生过程中始终伴随着以下三种状态：
a. 受激吸收（简称吸收）：处于较低能级的粒子在受到外界的激发，吸收了能量时，跃迁到 与此能量相对应的较高能级。
在谐振腔的反馈过程中，我们了解到光只能沿谐振腔的轴向传播，因此激光具有很高 的方向性。又由于谐振腔中两个反射镜之间距离不同，光在腔内不断地反射，得到加 强。而其它波长的光在腔内很快被衰减掉，谐振腔就可以选择一固定波长，说明激光 具有单色性。而激光的亮度高是由光放大产生的。
安徽锐富光电科技有限公司
Anhui Rich Optoelectronics Tech. CO.,LTD
E2
E2
入射光子Βιβλιοθήκη E1E1受激辐射跃迁
受激辐射光子 入射光子
3-2 粒子数反转
要想使受激辐射占优势，必须使处在高能级E2的粒子数大于处在低能级E1的 粒子数，这种 分布正好与平衡态时的粒子分布相反，称为粒子数反转分布，简称粒子数反转，实现粒子数反 转是产生激光的必要条件。
安徽锐富光电科技有限公司
Anhui Rich Optoelectronics Tech. CO.,LTD
要解决自发辐射，使其呈单一性的方法是只有在工作物质的两侧 放置两块反射镜。而且两块反射镜必须彼此平行，并与工作物质 的光轴垂直（见图24）。两个反射镜中，一个是全反射镜，反射 有效率为99.8％，一个是半反射镜。反射率为40％～60％。谐 振腔即指两块反射镜构成的空间。在谐振腔中，初始的光辐射是 来自自发辐射，即处于高能级上粒子自发辐射光子跃迁到低能级。 由于这类辐射出来的光子初相位无规律地向四面八方射出。这种 光不是激光。而是像点烯的一个火种——尤如生炉子点火一样。
工作物质
全反射镜
部分反射镜
激励能源
激光的产生过程可归纳为
：
偶
工 作
外界激励
粒 子 数
然 的 自
物 质
反发 转辐
射
其
它
光
粒
子
子 的
光学谐振腔
放 大
安徽锐富光电科技有限公司
Anhui Rich Optoelectronics Tech. CO.,LTD
c. 受激辐射（激光）: 当频率为=ν（E2-E1）/h的光子入射时，会引发粒子以一定的概率，迅 速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都 相同的光子。