激光产生的原理

激光到底是如何形成又为何需要协振腔呢？

形成激光的原理是受激辐射。当一个原子的电子吸收了一个外来光子的能量，就会从基态跃迁到激发态，这个过程叫受激吸收。但是电子在激发态并不稳定，一段时间后又会回落到基态，同时放出一个光子，这个过程叫做自发辐射（普通光源就是这样）。

如果一个正处于激发态的电子遇到了一个外部光子，那么这个正处于激发态的电子又会迅速回落到基态，并且放出一个与之方向频率一模一样的光子，这就是受激辐射。

如果我们使用强光灯或者其他泵浦方式，把激光晶体的大部分电子泵浦到激发态，实现粒子数反转。如果某一个电子最先自发辐射出了一个光子，这个光子又会诱发其他正处于激发态的电子回落到基态，又发出一个光子，而这些光子又继续影响别的电子，这就像一场连锁反应。

但是因为自发辐射出的光子方向都是随机的，这样导致受激辐射的光线方向也是随机的，这就需要使用谐振腔。一块全反射镜和半反射镜垂直于晶体棒，光线射像四面八方不要紧，只要不是与晶体棒同轴的光都会被镜面反射出去，最终留下的都是与晶体棒同方向的光。

在里面来回反射，一部分通过半反射镜射出。受激辐射产生的光方向，都与引起受激辐射的光子有关。我们希望光的方向尽可能相同，这就是为什么激光的方向性比较好，但是也不是所有激光都需要谐振腔。