GZH: 喜欢在人多的地方说爱你

激光在当下社会是个家喻户晓的东西了，尤其是我们做产业招商的，激光相关的上下游产业体系庞大，也是各地政府竞相争夺的项目之一。

激光被誉为“最准的尺”、“最快的刀”、“最亮的光”，是二十世纪与计算机技术、原子能技术、半导体技术并称的四大发明之一。

激光英文称之为laser，这个东西的中文名称当年是很受争议的，“莱塞”、“雷射”、“光激射器”、“光受激辐射放大器”怎么叫的都有，laser来自于五个词汇的英文首字母，Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，直译过来叫受激辐射光放大器。

激光的原理必须要从物质中的粒子能量说起，还必须是一些特定物质中的特定粒子，有两个或者两个以上的能量状态，有时候处在高能状态，激昂亢奋，有时候处在低能状态，无精打采。

当粒子从高能状态松懈下来变成低能状态时，损失的能量就会以光子的形式辐射出来。这个过程称为自发辐射。自发辐射的光子很散漫，不受控制。

既然亢奋的粒子会损失能量转变的萎靡，那么反过来，本来一蹶不振的粒子会不会通过某种方法获取能量的兴奋起来呢？答案是肯定的，同辐射过程类似的，低能量的粒子会紧盯着路过的光子，见到合适的就会“劫持”下来，把光子的能量一扫而光，用来将自己上升到高能态，这一过程称为受激吸收。

1917年，爱因斯坦提出了一个想法，高能量状态的粒子可能也喜欢盯着路过的光子，当有自己心仪的光子路过的时候，高能粒子不会把它们留住，而是放出能量跟它走，原来的粒子损失了能量，从高能变化为低能，而变化的能量会产生一个与路过光子完全相同的光子，这个过程称为受激辐射。

受激辐射是产生激光最核心的部分，可以看到辐射前后就表现为光被放大了，并且产生的光子与原光子的频率相同步调一致，也就是所谓的具有相干性。

你看，路过的光子从一个变化为两个，即光被放大了。具备了受激，辐射，放大三个条件，是不是就是激光了？

此时的光仍然不能称为激光，还有两个重要问题需要解决，也就是前面铺垫介绍的自发辐射和受激吸收。

首先要克服的问题是受激吸收。

如果高低能级的粒子都同时盯着路过的光子，那很难保证最后到底是被劫持的多还是放出的光子多。而且事实上，自然条件下低能级的粒子都会多于高能级的粒子，这里就需要加入第一个人为的介入，即用某种方法，让低能级的粒子都跑到高能级去，让大家都亢奋起来。此时的状态有个很酷的名字，叫粒子数反转，或者称为激发态。

产生粒子数反转的方法因物而异，取决于用于辐射产生激光的物质，这种方法可以是通电，也可以是光照，总之一定是一种输入能量的手段。

当受激辐射远大于受激吸收，就要考虑另一座大山，自发辐射。

自发辐射和受激辐射都会产生光子，但原理完全不同。

自发辐射是高能态粒子自然发生的，换言之只要有高能态粒子，它就有可能发生，更何况之前已经人为的将低能态粒子都上升到了高能态，自发辐射过程自然是拦都拦不住。因此解决问题的思路就在于，要想办法让受激辐射远大于自发辐射。

办法就是在粒子数反转状态的工作物质前后两端加上两个反射镜，其中一端是全反射镜，另一端是部分的反射镜，这一结构被称为谐振腔。

两端的反射镜不同，是因为光要从一端出射，如果两端都是全反射镜的话，激光只会在腔内来回传播，反之如果都是部分反射镜的话，背向就会有严重的损耗。

当受激辐射发生时，方向合适的光子会在两个反射镜之间反复横跳，多次经过工作物质，反复产生受激辐射，不断增强光束。

部分反射镜会随时能看将一部分光透射出来，而随着不断受激辐射放大，透射的光束也被不断增强。由于两面反射镜位于特定的方向，对于方向不合适的受激辐射光，也就无法产生稳定的震荡，因此我们能看到激光有明确的方向性，这也是谐振腔筛选的结果。

这也就是产生激光最基本的原理，我们在学习激光原理的时候，会被要求记住激光的三大要素，工作物质（增益介质），泵浦源（能量输入），谐振腔，认识并了解了这些，也就算定性的了解了激光是怎么产生的，在这种条件下，也就有能力判断生活中见到的很多光到底是不是激光。

另外请记住，谐振腔里的光子是自发辐射的和受激辐射产生的光子，泵浦只是提供能量产生粒子束反转，不产生光子，即便泵浦来源是光泵浦，它的光子的光波长和出射光波也经常不相同。

综上，激光产生的过程可以归结为：

1. 初始由自发辐射产生一个光子。

2. 经过一次受激辐射产生一个相同的光子，变为两个光子。

3. 两个光子在谐振腔里又产生两个光子，变成四个，以此类推，光会无限放大。

4. 最终稳定时，光子的增益等于损耗，输出高能量。