《臨床激光治療學(xué)》 三、光學(xué)諧振腔

處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的粒子體系（工作物質(zhì)）。具有特定頻率的光進(jìn)行放大。激光振蕩器中工作物質(zhì)發(fā)出的光不是外來(lái)的，而是工作物質(zhì)本身自發(fā)躍遷而產(chǎn)生的，即自發(fā)輻射（非受激輻射）。由于自發(fā)輻射沒有確定的頻率及傳播方向，且雜亂無(wú)章。為使自發(fā)輻射頻率單一性，就需要有一裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，即光學(xué)諧振腔。

要解決自發(fā)輻射，使其呈單一性的方法是只有在工作物質(zhì)的兩側(cè)放置兩塊反射鏡。而且兩塊反射鏡必須彼此平行，并與工作物質(zhì)的光軸垂直（見圖24）。兩個(gè)反射鏡中，一個(gè)是全反射鏡，反射有效率為99.8％，一個(gè)是半反射鏡。反射率為40％～60％。諧振腔即指兩塊反射鏡構(gòu)成的空間。在諧振腔中，初始的光輻射是來(lái)自自發(fā)輻射，即處于高能級(jí)上粒子自發(fā)輻射光子躍遷到低能級(jí)。由于這類輻射出來(lái)的光子初相位無(wú)規(guī)律地向四面八方射出。這種光不是激光。而是像點(diǎn)烯的一個(gè)火種——尤如生爐子點(diǎn)火一樣。

圖24　激光振蕩反射示意圖

自發(fā)輻射光子不斷產(chǎn)生，同時(shí)射向工作物質(zhì)，再激發(fā)工作物質(zhì)產(chǎn)生很多新光子（受激輻射）。光子在傳播中一部分射到反射鏡上，另一部分則通過(guò)側(cè)面的透明物質(zhì)跑掉。光在反射鏡的作用下又回到工作物質(zhì)中，再激發(fā)高能級(jí)上的粒子向低能級(jí)躍遷，而產(chǎn)生新的光子。在這些光子中，不在沿諧振腔軸方向運(yùn)動(dòng)的光子。就不與腔內(nèi)的物質(zhì)作用。沿軸方向運(yùn)動(dòng)的光子，經(jīng)過(guò)諧振腔中的兩個(gè)反射鏡多次反射，使受激輻射的強(qiáng)度越來(lái)越強(qiáng)。促使高能級(jí)上的粒子不斷地發(fā)出光來(lái)。如果光放大到超過(guò)光損耗時(shí)（衍射、吸收、散射等損失）產(chǎn)生光的振蕩，使積累在沿軸方向的光，從部分反射鏡中射出這就形成激光。

在諧振腔的反饋過(guò)程中，我們了解到光只能沿諧振腔的軸向傳播，因此激光具有很高的方向性。又由于諧振腔中兩個(gè)反射鏡之間距離不同，光在腔內(nèi)不斷地反射，得到加強(qiáng)。而其它波長(zhǎng)的光在腔內(nèi)很快被衰減掉，諧振腔就可以選擇一固定波長(zhǎng)，說(shuō)明激光具有單色性。而激光的亮度高是由光放大產(chǎn)生的。