光的基本原理
1．自发辐射和受激辐射
自发辐射是激发态原子自发地从较高能级跃迁到较低能级，同时发射出一个光子。 hn=E2-E1、
假设发光物质单位体积内能级E1和E2的原子数分别为N1和N2、则单位时间内从E2到E1自发辐射的原子数为
为自发辐射概率（自发跃迁率）：表示原子在单位时间内从E2到E1自发辐射的概率。
高能级E2的原子被能量hn=E2-E1的外部光子激发，被迫从高能级E2跃迁到低能级E1、同时辐射出a光子与激发光子相同。称为受激辐射。
是原子在单位时间内从 E2 受激发射跃迁到 E1 的概率。
2、粒子数反转
受激吸收与E1的原子序数N1成正比，受激发射与E2的原子序数N2成正比。当N2
能实现种群反转的介质称为活性介质。要引起种群反转分布，介质首先必须具有适当的能级结构，其次需要有必要的能量输入系统。为处于低能态的原子提供能量以使其转变为高能态的过程称为泵浦过程。
3、光谐振器
光谐振器用于激光器中形成所需的强辐射场，使辐射场的能量密度远大于热平衡时的值，从而使受激辐射的概率大得多比自发辐射的辐射概率。
光学谐振腔的主要部分是两个相互平行且垂直于活性介质轴的反射镜，一个是全反射镜，另一个是部分反射镜。在光、热、电、化学能或核能等各种外部激发下，谐振腔内的活性介质会在两个能级之间实现粒子数反转。此时，产生受激辐射。在产生的受激辐射中，沿轴向传播的光在两个镜面之间来回反射，并在已实现粒子数反转的活性介质中往复运动，不断产生新的受激辐射。受刺激，这个频率的轴向传播的光被放大，这个过程称为光学振荡。这是一个雪崩放大过程，使谐振腔中沿轴向的光突然增强，因此辐射场的能量密度大大增强，受激辐射远超过自发辐射。这种受激辐射是从部分反射镜输出的，它就是激光。向其他方向传播的光会迅速从侧面逃离腔体，无法进一步放大。自发辐射产生的频率也不会被放大。因此，谐振腔输出的激光具有良好的方向性和单色性。
激光特性
1、单色性好
2、方向性好
3、相干性好
4、能量集中
激光应用
1、激光测距
2 , 激光加工与激光医疗
3, 光信息处理与激光通信
4, 激光在可控核聚变中的应用光束激光
5, 激光的非线性效应
激光是光学原理的一种应用，但是我们怎样才能从普通的光变成激光呢？这需要了解原子如何发光。当原子从高能级下降到低能级时，它会发射一个光子，称为自发发射。当一个原子被一个高能级的光子击中时，它会被激发并发射出另一个相同的光子，变成两个光子，称为受激发射。如果受激光发射过程继续下去，就会发射出越来越多的光子。只要我们控制高能级原子数高于低能级原子数，激发光发射的过程就会不断产生。这种控制原子激发光发射的装置称为“光放大器”。
我们还知道，当光发射时，它会以光速向各个方向传播。为了让产生的光能够被收集并不断放大以供使用，必须使用一种称为“谐振腔”的装置来转换来自光放大器的光。产生的光通过镜子限制在特定范围内，允许光来回反射，并且由于光放大器产生的光子是相同的，它们以相当一致的方向传播。通过谐振腔的作用，光线可以沿完全相同的方向传播，也就是说，与谐振腔方向相同的光线会被放大，而其他不同方向的光线则不会被放大。放大，这是激光产生的主要条件。
谐振腔还有一个作用，就是限制激光的频率。光要在谐振腔中谐振，必须符合L=nλ/2的关系（L为谐振腔的长度，λ为波长，n为固定倍数），所以不是光的所有频率可以在谐振腔中产生共鸣，但只有符合这个规律的才会产生共鸣。然而，谐振腔的长度 (L) 可以长达数米，而光的波长 (λ) 以微米为单位测量。 ，而不仅仅是一个频率。能够同时发射如此多频率的光为我们提供了制造脉冲激光器的条件。
