奧林巴斯顯微鏡受激發射的激光腔
光的受激發射放大是在激光作用的基本理解的基本概念㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉。 這種互動式的教程探討如何激光放大發生從*光子的激光腔的飽和度和建立一個動態的平衡狀態的自發輻射開始❣❦❧♡۵。
教程初始化與多個激發原子（紅球）㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉，隨機彼此和一個激光諧振腔的內壁碰撞ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ。 幾個光波自發出現以從外部能量源模擬受激發射的過程（未示出）❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰。 該波傳播通過激光腔來回웃유ღ♋♂，以在每遍的強度增加（更波形成）☈⊙☉℃℉❅，但是一些光通過部分反射鏡（ 輸出鏡 ）通過在右側的激光腔ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ。 *終的激光達到平衡狀態ⓊⓋⓌⓍⓎⓏⓐⓑⓒⓓⓔⓕⓖⓗⓘⓙ，其中所述腔填充有擺動波與泵浦光通過反射鏡的連續流ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ。 所需的過渡時間的量可以使用Applet速度滑塊進行調整ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ。（奧林巴斯顯微鏡）
除了建立一個粒子數反轉的⑰⑱⑲⑳⓪⓿❶❷❸❹❺，其他一些因素都需要放大和光集中成一激光束✤✥❋✦✧✩✰✪✫✬✭✮✯❂✡★✱✲✳✴。 從激光介質產生的受激發射的光通常具有單一的波長ⓣⓤⓥⓦⓧⓨⓩ，但是必須從通過某種機制ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ，其包括擴增所述介質有效地提取ⓣⓤⓥⓦⓧⓨⓩ。 完成該任務的一個諧振腔 ✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥，它反映的一些發射回激光介質✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥，并且通過多個交互♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃，生成或放大的光強度⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾。 例如☧☬☸✡♁✙♆。，、＇：∶；，在初始受激發射之后❣❦❧♡۵，兩個光子具有相同的能量和相位各自可能遇到受激原子⑰⑱⑲⑳⓪⓿❶❷❸❹❺，這將隨后發射具有相同能量和相位甚至更多的光子웃유ღ♋♂。 由受激發射所產生的光子數量的快速增長ⓊⓋⓌⓍⓎⓏⓐⓑⓒⓓⓔⓕⓖⓗⓘⓙ，以及增加成正比❋❀⚘☑✓✔√☐☒✗✘ㄨ✕✖✖⋆✢✣，在激光介質的光傳播的距離㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉。
示于圖1的增益①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯，或放大⑰⑱⑲⑳⓪⓿❶❷❸❹❺，即用在諧振腔增加路徑長度的發生是由于反射鏡在各端的圖示㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉。 圖1（a）表示受激發射❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰，這是在圖1（b）至圖1（G）擴增為光從位于所述腔端部的反射鏡反射的開始♀☿☼☀☁☂☄。 光的一部分通過在腔的右手側的部分反射鏡傳遞（圖1的（b⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤，d和f））的每遍過程中⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ。 *后⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾，在平衡狀態（圖1（h））進行㈠㈡㈢㈣㈤㈥㈦，所述腔是飽和的受激發射ⓊⓋⓌⓍⓎⓏⓐⓑⓒⓓⓔⓕⓖⓗⓘⓙ。
擴增在激光實現的程度☈⊙☉℃℉❅，由術語增益表示☾☽❄☃，指的是受激發射的光子可產生作為其行進給定距離的量ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ。 例如☧☬☸✡♁✙♆。，、＇：∶；，為1.5每厘米的增益意味著一個光子產生1.5額外光子每行進厘米㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂。 這將導致一個放大系數與激光腔的路徑長度增加而增加㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉。 實際的增益是更復雜的ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ，并且取決于在上和下激光的能量水平⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯，以及其它因素之間的人口分布的波動⑰⑱⑲⑳⓪⓿❶❷❸❹❺。 重要的一點是①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯，放大的量與通過激光介質行進的距離急劇增大ⓣⓤⓥⓦⓧⓨⓩ。
在具有縱向諧振腔웃유ღ♋♂，例如紅寶石棒或氣體填充的管構成的激光⑰⑱⑲⑳⓪⓿❶❷❸❹❺，光行進沿著激光介質的長度產生比垂直于所述腔的長軸發射的光更受激發射❋❀⚘☑✓✔√☐☒✗✘ㄨ✕✖✖⋆✢✣。 光發射因此沿所述腔的長度即使沒有使用反射鏡來限制其路徑長度方向濃縮✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥。 放置反射鏡在激光腔的相對端使光束行進來回☈⊙☉℃℉❅，這導致增加的擴增由于通過介質的較長的路徑長度⒃⒄⒅⒆⒇⒈⒉⒊⒋⒌⒍⒎⒏⒐⒑⒒⒓。 多次反射還產生一個狹聚焦束（一個重要的激光特性）웃유ღ♋♂，因為只有光子行進平行于腔壁將來自兩個反射鏡被反射㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉。 這種安排被稱為振蕩器 ㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂，并且是必要的❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰，因為大多數的激光的材料具有非常低的增益⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯，和足夠的擴增只能與通過介質長路徑長度來實現的✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥。
大多數當前的激光器被設計用在諧振腔㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉，以增加該光取通過激光介質的路徑的兩端的反射鏡ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ。 發光強度會隨光的每遍✤✥❋✦✧✩✰✪✫✬✭✮✯❂✡★✱✲✳✴，直到它到達一個由空腔和反射鏡的設計建立了一個平衡水平♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃。 一個空腔鏡反射幾乎整個入射光❋❀⚘☑✓✔√☐☒✗✘ㄨ✕✖✖⋆✢✣，而另一（輸出鏡）反映一些光與透過一部分作為激光束ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ。 在激光具有低增益㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉，輸出鏡被選擇為發射的光（也許只有百分之幾）的僅一小部分⒃⒄⒅⒆⒇⒈⒉⒊⒋⒌⒍⒎⒏⒐⒑⒒⒓，并反映了廣大回到空腔中✵✶✷✸✹✺✻✼❄❅。 在平衡狀態下✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥，激光功率是空腔比外內更高웃유ღ♋♂，并且隨著光通過輸出鏡透射的百分比웃유ღ♋♂。 通過增加輸出鏡的透射率웃유ღ♋♂，在腔的內部和外部之間的功率差可以減小㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉。 然而㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉，只要在輸出鏡反射的光的某些部分回到空腔中✵✶✷✸✹✺✻✼❄❅，功率內保持低于新興光束中更高❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰。
關于從所有的發射光的被反射的空腔㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂，直至臨界強度內來回想法激光器結果一個常見的誤解達到♀☿☼☀☁☂☄，于是一些“逃逸”①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯，通過輸出鏡作為光束⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤。 在現實中⒃⒄⒅⒆⒇⒈⒉⒊⒋⒌⒍⒎⒏⒐⒑⒒⒓，輸出鏡總是發送的光作為光束的恒定分數✤✥❋✦✧✩✰✪✫✬✭✮✯❂✡★✱✲✳✴，反射其余回到空腔中❣❦❧♡۵。 這個功能是在允許激光達到平衡狀態下♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃，與功率電平的內部和激光以外成為恒定重要♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃。