这类激光器所采用的固体工作物质，是把具有能产生受激发射作用的金属 离子掺入晶体而制成的。在固体中能产生受激发射作用的金属离子主要有 三类：
⑴过渡 固体激光器金属离子（如Cr3+）；
⑵大多数镧系金属离子（如Nd3+、Sm2+、Dy2+等）；
⑶锕系金属离子（如U3+）。这些掺杂到固体基质中的金属离子的主要特点 是：具有比较宽的有效吸收光谱带，比较高的荧光效率，比较长的荧光寿 命和比较窄的荧光谱线，因而易于产生粒子数反转和受激发射
r1
r2 谐振腔内光强的放大过程
L
(1)由于自发辐射，在z=0处有一束强度为I1的入射
光沿腔轴传播，此时由于腔内光强很弱，此时介质
的增益系数就是小讯号增益系数 G, 0 有：
I I 1 ex G 0 p a 内 )z ( I 1 ' r 2 I 1 ex G 0 p a 内 )L (
图中曲线 I1 表I1示' 了这个过程。
发光过程，需要使发光物质处于激发态的高能上的粒子多于低能
级上的粒子，同时还要使这样的介质中受激辐射占绝对优势。20
世纪上半叶的科学技术发展提供了这样的可能。电子技术的发展
提供了激励能源，精密加工技术制造出谐振腔，材料科学的研究
提供了各种激光工作介质，在近代高科技的发展支持下，各种激
光器陆续诞生。
激光形成过程：
激光器的简介以及发展历程
激光是20世纪人类的重大科技发明之一，它对人类 的社会生活产生了广泛而深刻影响。作为高技术的 研究成果，它不仅广泛应用于科学技术研究的各个 前沿领域，而且已经在人类生产和生活的许多方面 得到了大量的应用，与激光有关的产业已在全球形 成了超过千亿美元的年产值。
激光的发展史应该追溯到1917年，爱因斯坦提出光的受激 辐射的概念，预见到受激辐射光放大器诞生，也就是激光 产生的可能性。20世纪50年代美国科学家汤斯及前苏联科 学家普罗科霍罗夫等人分别独立发明了一种低噪声微波放 大 器 ， 即 一 种 在 微 波 波 段 的 受 激 辐 射 放 大 器 Maser （ Microwave amplification by stimulated emission of radiation ).1958年美国科学家汤斯和肖洛提出在一定条件下， 可将这种微波受激辐射放大器的原理推广到光波波段，制 成受激辐射光放大器Laser（Light amplification by stimulated emission of radiation）.1960年7月美国的梅曼宣布制成了第 一台红宝石激光器。1961年我国科学家邓锡铭、王之江制 成我国第一台红宝石激光器，称其为“光学量子放大器”。 随后我国科学家钱学森建议统一翻译成“激光”或“激光 器”
I2r1r2I1exG p 0a (内 )2L
一部分作为激光器的输出由M1镜透射出去，其 大小为
Ioutt1r2I1exG 0 pa (内 )2L
其余部分都作为镜面损耗而损失掉了，这部 分为
Ih a 1 I1 " a 1r 2 I1ex G 0 p a 内 ( )2 L
(4)图中纵轴上 I1''I2 代表总镜面损耗 Iout Ih ， 即
泵浦（抽运）
粒子数反转
受激放大
振荡了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
当光波经过增益介质时，引起的受激辐射就会 大于吸收，且粒子数密度的差值越大（也就是 上下能级粒子数的分布差异越大），相对于吸 收来说，受激辐射越强，光经过增益介质时增 长得也越快，这就形成了受激辐射在介质中占 主导地位的状态。
产生激光的基本条件是受激辐射大于吸收。
激光的发光原理
激光的发光原理是光的受激辐射，使处在激发态的原子收到外来
的光机理作用而跃迁到低能级，同时发出一个与外来激励光子完
全相同的光子，从而实现光的放大。但是在普通热辐射光源的情
况下，受激辐射只占很小的比例，绝大部分的辐射是自发辐射，
因此在宏观上兵不能够产生光受激放大。欲使受辐射成为主要的
梅曼的第一台红宝石激光器
我国第一台红宝石激光器
我国激光器研究情况
激光器的基本结构
1. 激光工作物质：能够实现粒子数反转，产生受激光放大 2. 激励能源：能降低能级的粒子不断抽运到高能级，补充受激
辐射减少的高能级上粒子数 3. 光学谐振腔：提高光能密度，保证受激辐射大于受激吸收
与普通光源不同，激光是靠介质内的受激辐射向外发出大 量的光子而形成的。受激辐射产生的光子与外来光子性质完 全相同，使入射光得到放大。用这种原理制成的光源称为受 激辐射的光放大器，简称激光器，其输出光称为激光。
粒子数反转
正常分布 受激吸收 占 主导 光衰减，吸收
反转分布 受激辐射 占 主导 光放大 有增益
增益介质：处于粒子数反转分布状态的物质
为实现粒子数反转分布，要求在单位时间内激发到上能级的粒 子数密度越多越好，下能级的粒子数越少越好，上能级粒子数 的寿命长些好。
激光器内形成光强的过程
激光谐振腔内光强由弱变强直至最后达到稳定的过程可以用图(2-15)来描写。 M2是反 射率r2 1的全反射镜，置于在zL处，M1是反射率 r1 1的部分反射镜，置于 z 0 坐标 处。稳定光强在腔中传播过程由闭合曲线 A I ( L )I ( , L ) I ( 2 L )I ( , 2 L ) A 所表示。
Io uIh t (a 1 t1 )r 2 I1 ex G 0 p a 内 )( 2 L
(5)此时腔内光的放大倍数为 KII1 2r1r2exG p0(a内 )2L1
激光器的类型 和应用
固体激光器
用固体激光材料作为工作物质的激光器（见激光）。 1960年，T.H.梅曼发明的红宝石激光器就是固体激光 器，也是世界上第一台激光器。固体激光器一般由 激光工作物质、激励源、聚光腔、谐振腔反射镜和 电源等部分构成。
I3
(2) I 1又' 经增益介质进行放大，再传到M1处时，
光强已增至
I 1 " I 1 'eG x 0 p a 内 )L ( r 2 I 1 eG x 0 p a 内 ) 2 ( L
如图中曲线 I1'I1'' 所示
r1
r2
L
I3
(3) I1 ' '光强在M1上一部分反射回腔内继续放大， 这部分为