激光切割機(jī)的一個原子從高能階降到低能階時,會放出一個光子,叫做自發(fā)放光。原子在高能階時受到一個光子的撞擊,就會受激而放出另外一個相同的光子,變成兩個光子,叫做受激放光。如果受激放光的過程持續(xù)產(chǎn)生,則所發(fā)出來的光子便會越來越多。只要我們把高能階的原子數(shù)量控制在高于低能階的原子數(shù)量,那么受激放光的過程就會持續(xù)產(chǎn)生,這種控制原子受激放光的裝置我們稱它為“光放大器”。 激光是光學(xué)原理的一種應(yīng)用,但是究竟要怎么樣才能從普通的光線變成激光?這就得先了解原子發(fā)光的原理。 可以同時發(fā)出這么多頻率的光,就給了我們建造脈沖激光的條件。共振腔還有另外一個作用,那就是限制激光的頻率。光線要在共振腔產(chǎn)生共振必須符合 L = nλ/2 的關(guān)系(L 是共振腔長度,λ 是波長,n 是固定倍數(shù)),所以并非所有頻率的光線都可以在共振腔中產(chǎn)生共振,而是只有符合這規(guī)則的才會產(chǎn)生共振。不過,共振腔的長度(L)可以長達(dá)數(shù)公尺,而光的波長(λ)卻是以微米為單位,這兩者之間相差了 100 萬倍,也就是說符合條件的 n 范圍相當(dāng)大,而非只有單一頻率。光線發(fā)射出去時是以光速朝各個方向前進(jìn)的,為了讓產(chǎn)生的光線能夠被收集起來并持續(xù)放大加以利用,則必須利用叫做「共振腔」的設(shè)備,把由光放大器所產(chǎn)生的光線用反射鏡局限在一個特定的范圍內(nèi),讓光線可以來回反射,且由于光放大器所產(chǎn)生的光子是相同的,所以行進(jìn)的方向也會相當(dāng)一致。透過共振腔的作用,能讓光線行進(jìn)的方向完全相同,也就是說擁有跟共振腔相同方向的光線才會被放大,其余不同方向的光線都不會放大,這是產(chǎn)生激光的首要條件。