如何用理论模型介绍激光器不同层次的物理特性

关于光与组成物质粒子之间的相互作用，目前已经发展出了四种理论模型介绍激光器不同层次的物理特性及物理规律，分别为经典理论、半经典理论、量子理论及速率方程理论。

1，经典理论是将电磁场用经典的电动力学描述，原子系统中运动的电子用经典力学的振子模型描述。该理论可以较好地定性解释原子的自发辐射、谱线宽度、物质对光的吸收以及色散等现象。

2，半经典理论也称激光器的兰姆理论，是将原子的运动用量子力学的理论进行描述，而电磁场仍用经典的电动力学描述。相较于经典理论，半经典理论可以更好地解释激光的大部分现象，例如激光的增益饱和效应、反转粒子数烧孔效应和模式的相位锁定效应等。

3，量子理论是将电磁场与原子当作统一的物理体系，并将电磁场与原子都做量子化处理。该过程可以很好地解释激光振荡过程中出现的线宽极限及量子起伏（噪声和相干性）。值得一提的是虽然量子理论在原则上可以表述激光器的所有特征，但实际应用中没有必要使用该理论解释所有的激光特征。用简化的理论解释激光某些特性和规律的同时，还可以避免计算的复杂性，使结构更加的明了。

4，速率方程理论是从量子化的辐射场和原子相互作用的立场出发，可看作量子理论的简化形式，相对全量子理论的理论推导，速率方程更加的简洁明了，可以描述激光运转中的大部分特征。

审核编辑：刘清