激光切割機(jī)的一個(gè)原子從高能階降到低能階時(shí)，會(huì)放出一個(gè)光子，叫做自發(fā)放光。原子在高能階時(shí)受到一個(gè)光子的撞擊，就會(huì)受激而放出另外一個(gè)相同的光子，變成兩個(gè)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(huì)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(huì)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(shí)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(gè)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(zhǎng)度，λ 是波長(zhǎng)，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(huì)產(chǎn)生共振。不過，共振腔的長(zhǎng)度（L）可以長(zhǎng)達(dá)數(shù)公尺，而光的波長(zhǎng)（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(shí)是以光速朝各個(gè)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(gè)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(huì)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(huì)被放大，其余不同方向的光線都不會(huì)放大，這是產(chǎn)生激光的首要條件。
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