第2讲激光产生机理与特性

1、激光原理与技术激光原理与技术第二讲第二讲激光产生机理与特性激光产生机理与特性232.1 光的相干性光的相干性光光的的粒粒子子特特性性：34 6.624 10hhJ S 能能量量：； 02 2hPkkn 动动量量：； 22 hmcc 质质量量：光光子子没没有有静静止止质质量量 偏偏振振态态：光光子子有有两两个个可可能能的的独独立立偏偏振振态态，对对应应于于光光波波的的两两个个独独立立 偏偏振振方方向向; ;自自旋旋：光光子子具具有有自自旋旋，其其自自旋旋量量子子数数为为整整数数，光光子子属属于于，服服从从 玻玻色色子子全全同同粒粒子子玻玻色色爱爱因因斯斯坦坦分分布布，即即处处于于同同一一量量子子

2、态态的的数数目目没没有有 限限制制。42.1光的相干性光的相干性光光的的波波动动特特性性：lk任任意意电电磁磁场场可可以以看看作作是是一一系系列列单单色色平平面面电电磁磁波波的的线线性性叠叠加加，这这些些单单色色平平面面电电磁磁波波用用波波矢矢来来标标识识；也也可可以以将将任任意意电电磁磁场场视视为为一一系系列列与与单单色色平平面面电电磁磁波波等等效效的的电电磁磁波波本本征征模模式式的的线线性性叠叠加加；光光的的波波粒粒二二象象性性：llllnnhhkk 本本征征模模式式的的能能量量、动动量量具具有有量量子子化化特特性性，即即能能量量为为基基本本能能量量的的整整数数倍倍，动动量量为为基基本本动

3、动量量的的整整数数倍倍。llhlk 具具有有基基本本能能量量和和基基本本动动量量的的物物质质单单元元称称为为属属于于第第 个个本本征征模模式式的的光光子子。 光光波波模模式式光光子子状状和和态态是是等等价价的的。52.1光的相干性光的相干性光光子子状状态态与与相相格格在在辐辐射射场场中中的的光光子子可可以以用用动动量量、位位置置和和偏偏振振态态来来对对其其加加以以区区别别；, , , ,xyzx y zPx Py Pzx y z PPP宏宏观观上上质质点点的的运运动动状状态态可可以以用用位位置置（）和和动动量量（）来来完完全全确确定定，一一种种运运动动状状态态对对应应相相空空间间（）中中的的一

4、一个个点点；,xyzx Phy Phz Ph微微观观上上的的粒粒子子运运动动满满足足测测不不准准原原理理： 在在相相空空间间中中，一一个个光光子子态态不不再再对对应应一一个个点点，而而是是一一个个体体积积元元，称称为为相相格格，其其在在相相空空间间中中的的体体积积为为：3xyzx y z PPPh 62.1光的相干性光的相干性光光波波模模式式V在在有有边边界界条条件件限限制制的的空空间间 内内，只只能能存存在在一一系系列列独独立立存存在在的的、具具有有特特定定波波矢矢的的单单色色平平面面驻驻波波，能能够够存存在在于于腔腔内内的的驻驻波波称称为为光光波波模模式式。考考虑虑如如图图所所示示的的金金

5、属属空空腔腔，任任何何能能够够存存在在的的驻驻波波应应该该满满足足以以下下条条件件：222xmynzl ； 2mnlkn 其其中中 、 、 为为正正整整数数，由由波波矢矢的的表表达达式式可可以以得得到到波波矢矢的的三三个个分分量量： xyzkmknklxyz ， 72.1光的相干性光的相干性xyzmnlkkk每每组组不不同同的的标标识识了了不不同同的的模模式式，如如果果在在由由构构成成的的空空间间中中表表示示不不同同的的模模式式，其其结结果果如如右右图图，每每个个不不同同的的模模式式分分别别占占据据图图中中的的一一个个方方格格。可可以以求求出出在在该该空空间间中中一一个个模模式式占占据据的的、

6、 、体体积积为为：33xyzkkkx y zV 2,kkd kkd k 波波矢矢在在范范围围内内的的波波矢矢空空间间体体积积为为：4 4 2018xyzkkkkd k 考考虑虑到到 ， ，处处于于波波矢矢空空间间的的第第一一象象限限4 4，因因此此有有 321/8kd kV 则则在在该该空空间间内内包包含含的的光光波波模模式式数数为为： 4 4 82.1光的相干性光的相干性232221/8kd kkd kVV 4 4考考虑虑到到电电磁磁波波的的两两种种独独立立的的偏偏振振，则则在在该该空空间间内内包包含含的的光光波波模模式式数数修修正正为为： 222kd kdcc 由由波波矢矢的的定定义义有有

7、：； VdP 可可以以得得到到在在体体积积为为 的的腔腔内内，频频率率 附附近近间间隔隔内内的的模模式式数数 为为：238PVdc 因因此此单单位位体体积积内内，频频率率 附附近近，单单位位频频率率间间隔隔内内的的模模式式数数为为：238nc 92.1光的相干性光的相干性33 (1)xyzkkkx y zV在在波波矢矢空空间间中中一一个个光光波波模模式式占占据据的的体体积积是是： 由由于于腔腔内内稳稳定定存存在在的的光光波波模模都都是是由由两两列列相相向向传传播播的的行行波波构构成成的的，因因此此每每个个模模式式的的动动量量可可以以写写成成：222xxyyzzPkPkPk， 即即一一个个光光波

8、波模模在在相相空空间间中中也也占占有有一一个个相相格格，一一个个光光波波模模等等效效于于一一个个光光子子态态。1( )将将以以上上结结果果代代入入式式，可可得得到到：3338xyzxyzxyzPPPPPPkkkh 3xyzx y z PPPh 光光波波模模与与光光子子态态的的等等效效性性102.1光的相干性光的相干性光光波波的的相相干干性性cV光光源源的的相相干干体体积积cccccczVALVA L 考考虑虑频频率率宽宽度度为为 的的沿沿 方方向向传传播播的的准准单单色色平平面面波波，可可以以表表示示为为相相干干面面积积和和相相干干长长度度的的乘乘积积： ccL 光光波波的的相相干干长长度度为

9、为其其波波列列长长度度： 22x 由由双双缝缝干干涉涉理理论论可可知知光光源源的的相相干干面面积积 23221cccV 则则光光源源相相干干体体积积为为： cV 其其物物理理意意义义为为：如如要要求求传传播播方方向向限限于于之之内内并并具具有有频频率率宽宽度度的的光光波波相相干干，则则光光源源应应局局限限在在空空间间体体积积内内 112.1光的相干性光的相干性光光子子的的相相干干性性,),(x y z光光子子动动量量在在方方向向的的分分量量分分别别为为：xyzhPPPchPPc 3xyzx y z PPPh根根据据前前述述的的光光子子态态在在相相空空间间的的体体积积为为可可得得： 3322cx

10、yzhx y zVPPPc 3223xyzhPPPc 上上式式表表明明相相格格的的空空间间体体积积相相干干体体积积，如如果果光光子子属属于于同同一一光光子子态态，则则它它们们应应该该包包含含在在相相干干体体积积之之内内等等于于同同一一光光子子态态的的光光子子是是，即即相相干干的的。122.1光的相干性光的相干性 光子态与光波模式是电磁场运动状态描述的两种等效提法，光子态与光波模式是电磁场运动状态描述的两种等效提法，是两种等效的物理概念；是两种等效的物理概念； 相格的空间体积以及一个光波模式或光子态占有的空间体积相格的空间体积以及一个光波模式或光子态占有的空间体积都等于相干体积；都等于相干体积；

11、 属于同一状态的光子或同一模式的光波是相干的，而不同状属于同一状态的光子或同一模式的光波是相干的，而不同状态的光子或不同模式的光波是不相干的。态的光子或不同模式的光波是不相干的。132.2 激光产生的机理激光产生的机理 黑体辐射与普朗克公式黑体辐射与普朗克公式黑体：一个物体能够完全吸收任何波长的电磁辐射，则称此物体为黑体：一个物体能够完全吸收任何波长的电磁辐射，则称此物体为绝对黑体绝对黑体或黑体。自然界中不存在绝对黑体，而如图所示的空腔辐或黑体。自然界中不存在绝对黑体，而如图所示的空腔辐射体是黑体的理想近似。射体是黑体的理想近似。黑体辐射：当黑体处于某一恒定温度的热平衡状态，它吸收的电磁黑体辐

12、射：当黑体处于某一恒定温度的热平衡状态，它吸收的电磁辐射和发射的电磁辐射辐射和发射的电磁辐射 完全相等，即处于能量平衡状态，这完全相等，即处于能量平衡状态，这 将导将导致空腔内存在完全致空腔内存在完全确定确定的辐射场。的辐射场。这种辐射场称为黑体辐射或平衡辐射。这种辐射场称为黑体辐射或平衡辐射。142.2激光产生的机理激光产生的机理普朗克公式：普朗克公式：3/TJ s m，黑黑体体辐辐射射是是黑黑体体温温度度 和和辐辐射射场场频频率率 的的函函数数，并并可可以以用用单单色色能能量量密密度度描描述述表表示示单单位位体体积积内内，频频率率处处于于 附附近近的的单单位位频频率率间间隔隔中中的的电电磁

13、磁辐辐射射能能量量，其其量量纲纲为为。( , )T 为为了了解解释释实实验验测测得得的的分分布布规规律律，普普朗朗克克提提出出了了量量子子化化假假设设，并并得得到到了了普普朗朗克克公公式式：/-1hKThEeT1 1、在在温温度度 的的热热平平衡衡状状态态下下，黑黑体体辐辐射射平平均均地地分分配配到到腔腔内内处处于于频频率率 附附近近的的所所有有模模式式上上的的平平均均能能量量为为：238PnVdc而而腔腔内内单单位位体体积积中中，频频率率处处于于 附附近近单单位位频频率率间间隔隔内内的的电电磁磁场场 模模式式数数：2 2、3233/8111.38062 10/hKTeJhKTc K最最后后得

14、得到到黑黑体体辐辐射射的的普普朗朗克克公公式式： 其其中中 为为波波尔尔兹兹曼曼：、常常数数3 3152.2 激光产生的机理激光产生的机理 受激辐射与受激辐射与自发辐射自发辐射自发辐射（自发辐射（Spontaneous emission）2112EEEEh处处于于高高能能级级的的原原子子自自发发的的向向较较低低能能级级跃跃迁迁，并并发发射射一一个个能能量量为为的的光光子子，这这种种过过程程称称为为自自发发辐辐射射。自自发发辐辐射射是是各各个个原原子子所所发发的的光光向向空空间间各各个个方方向向传传播播，是是非非相相干干光光。212121221dnA n ddntnn假假设设系系统统中中高高能能

15、级级原原子子数数为为 ，低低能能级级原原子子数数为为 ，则则单单位位时时间间内内从从高高能能级级向向低低能能级级发发生生跃跃迁迁的的原原子子数数为为：2122nnA其其中中为为，定定义义为为单单位位时时间间内内个个高高能能级级原原子子中中发发生生自自发发跃跃迁迁的的原原子子数数与与的的比比值值，其其物物理理意意义义是是每每一一个个处处于于高高能能级级的的原原子子发发自自发发辐辐射射爱爱生生自自发发跃跃迁迁因因斯斯坦坦系系数数的的几几率率。162.2激光产生的机理激光产生的机理按按照照定定义义，有有：212212211spdndnAdtndt n 从从上上式式可可以以解解出出：21220( )A

16、 tn tn e1/ e自自发发辐辐射射的的平平均均寿寿命命 定定义义为为原原子子数数密密度度由由起起始始值值降降至至它它的的的的时时间间，则则高高能能级级原原子子数数随随时时间间变变化化可可表表示示为为：/220( )tn tn e21A= =1 1/ /自自发发辐辐射射系系数数为为高高能能级级原原子子平平均均通通过过比比较较可可以以得得到到：，即即，是是由由原原子子本本身身的的性性质质决决定定的的，不不受受外外部部辐辐射射场场寿寿命命的的倒倒数数的的影影响响。172.2 激光产生的机理激光产生的机理如何确定自发辐射系数？如何确定自发辐射系数？生活中的自发辐射？生活中的自发辐射？红宝石晶体自

17、发辐射平均寿命测量装置测量得到的原子自发辐射能量衰减曲线182.2 激光产生的机理激光产生的机理受激吸收（受激吸收（Stimulated Absorption）如如果果黑黑体体原原子子和和外外加加电电磁磁场场之之间间的的相相互互作作用用只只有有自自发发辐辐射射这这一一种种，是是无无法法维维持持腔腔内内的的稳稳定定电电磁磁场场的的，因因此此爱爱因因斯斯坦坦预预言言，黑黑体体原原子子必必然然存存在在着着一一种种受受外外加加电电磁磁场场激激发发而而从从低低能能级级向向高高能能级级跃跃迁迁的的过过程程。1212hWEE处处于于低低能能级级的的一一个个原原子子，在在频频率率为为 的的辐辐射射场场作作用用

18、（激激励励）下下，受受激激地地向向能能级级跃跃迁迁并并受受激激吸吸收收吸吸收收一一个个能能量量为为的的光光子子，这这一一过过程程称称为为，用用受受激激吸吸收收跃跃迁迁几几率率描描述述：112122WBB受受激激跃跃迁迁与与自自发发跃跃迁迁不不同同，其其跃跃迁迁几几率率不不仅仅与与原原子子性性质质有有关关，而而且且与与外外加加电电磁磁场场成成正正比比，因因此此唯唯象象的的受受激激吸吸收收跃跃迁迁爱爱因因斯斯坦坦系系将将其其表表示示为为：其其中中称称为为，它它只只与与原原子子数数性性质质相相关关。121211stdnWdtn192.2激光产生的机理激光产生的机理受激辐射（受激辐射（Stimulat

19、ed Emission）21EEh与与受受激激吸吸收收跃跃迁迁类类似似，黑黑体体原原子子同同外外加加电电磁磁场场之之间间还还存存在在另另一一种种受受激激相相互互作作用用，一一个个处处于于高高能能级级的的原原子子在在频频率率为为 的的电电磁磁场场作作用用下下，受受激激地地跃跃迁迁到到能能级级，并并放放出出一一个个能能量量为为 的的光光子子，该该过过程程被被受受激激辐辐称称为为射射跃跃迁迁。21W可可以以用用受受激激辐辐射射跃跃迁迁几几率率来来描描述述受受激激辐辐射射过过程程中中高高能能级级原原子子数数变变化化的的规规律律：212121stdnWdtn受受激激辐辐射射跃跃迁迁机机率率同同样样与与外

20、外加加电电磁磁场场和和原原子子特特性性相相关关：2121WB202.2 激光产生的机理激光产生的机理T当当黑黑体体处处于于确确定定的的温温度度 的的热热平平衡衡状状态态时时，具具有有以以下下三三个个特特点点：1 1、腔腔内内存存在在着着由由普普朗朗克克公公式式描描述述的的热热平平衡衡黑黑体体辐辐射射；2 2、腔腔内内物物质质原原子子数数按按照照能能级级的的分分布布服服从从热热平平衡衡状状态态下下的的波波尔尔兹兹曼曼分分布布：222111expngeengKT1122gEgE、为为能能级级、的的统统计计权权重重；21EE腔腔内内处处于于 （或或）能能级级的的原原子子数数3 3、应应保保持持不不变

21、变：212112spststdndndndtdtdt跃跃迁迁几几率率之之间间的的相相互互关关系系212.2 激光产生的机理激光产生的机理由由特特点点3 3得得到到：212212121A nBnBn211212121211BBnABn将将普普朗朗克克公公式式和和波波尔尔兹兹曼曼分分布布带带入入上上式式有有：321321121212/181hhKTKTBgBgheecBA 121212B gB g12gg当当时时，有有2112BBT 令令，可可以以得得到到：2133/111222811hKTeehKTKThcenggeengg 120321321102121810BgBeecBhAg 121212

22、1BgBg 比比较较部部分分红红色色，可可以以得得到到3213218AhBc 222.2 激光产生的机理激光产生的机理 受激辐射的相干性受激辐射的相干性自发辐射和受激辐射的区别是什么？自发辐射和受激辐射的区别是什么？自发辐射发出的光子在相位、传输方向、偏振方向等特性上是无规自发辐射发出的光子在相位、传输方向、偏振方向等特性上是无规则的，即平均分配在腔内可能稳定存在的所有的电磁场模式上；则的，即平均分配在腔内可能稳定存在的所有的电磁场模式上；受激辐射则是受到外加电磁场激发而产生的过程，由量子电动力学受激辐射则是受到外加电磁场激发而产生的过程，由量子电动力学可以严格证明受激辐射光子与入射光子属于同

23、一光子态，即具有相可以严格证明受激辐射光子与入射光子属于同一光子态，即具有相同的频率、相位、波矢和偏振等特性。同的频率、相位、波矢和偏振等特性。按照经典原子模型，将原子看作简谐振动的电偶极子，自发跃迁是按照经典原子模型，将原子看作简谐振动的电偶极子，自发跃迁是原子中电子的自发阻尼振荡，因此每个原子的自发跃迁互相之间没原子中电子的自发阻尼振荡，因此每个原子的自发跃迁互相之间没有关联；而受激辐射可以看作电子在外加光场作用下做受迫振动，有关联；而受激辐射可以看作电子在外加光场作用下做受迫振动，其振荡频率、相位、方向等与外加光场一致。其振荡频率、相位、方向等与外加光场一致。大量原子在同一辐射场激发下产

24、生的受激辐射光子处于同一光子态，大量原子在同一辐射场激发下产生的受激辐射光子处于同一光子态，因而是相干的。因而是相干的。232.2 激光产生的机理激光产生的机理n光光子子简简并并度度，因因此此必必须须使使受受激激跃跃迁迁占占主主导导地地位位，以以获获得得大大量量的的相相干干光光子子。受受激激跃跃迁迁受受激激辐辐射射和和自自发发跃跃放放大大迁迁激激光光是是光光之之比比为为：21212121BWAA n处处于于同同一一模模式式内内的的光光子子数数光光子子简简称称为为并并度度目目。2121WnAn hn 3221332188Ahhn hBcc 为为光光子子数数1nn由由此此可可见见， 代代表表了了每

25、每个个模模式式中中包包含含的的光光子子数数目目，同同时时也也代代表表了了受受激激跃跃迁迁和和自自发发跃跃迁迁之之间间的的比比值值，当当时时，受受激激跃跃迁迁过过程程和和自自发发跃跃迁迁过过程程相相等等。 1n如如果果要要获获得得高高相相干干激激光光输输出出，必必须须使使。242.2 激光产生的机理激光产生的机理33/81111hKThKThncee 对对于于黑黑体体辐辐射射场场，可可以以得得到到： 300TK时时： 33010cmn ，此此时时可可以以认认为为黑黑体体是是相相干干光光源源； 601mn 350.610mn ，此此时时黑黑体体是是完完全全的的非非相相干干光光源源。 nnn 因因为

26、为，因因此此如如果果能能使使某某一一特特定定模模式式 或或少少数数几几个个模模式式 的的大大大大增增加加，而而使使其其他他模模式式的的很很小小，就就能能在在这这一一特特定定 或或少少数数几几个个 模模式式内内形形成成很很高高的的光光子子简简并并度度 。 即即使使受受激激辐辐射射的的光光子子集集中中在在某某一一特特定定 或或几几个个 模模式式内内，而而不不是是均均匀匀分分配配在在所所有有模模式式内内，这这就就要要求求必必光光波波模模式式须须采采用用选选择择技技术术。252.2 激光产生的机理激光产生的机理光光的的受受激激辐辐射射放放大大1 1、光光放放大大的的基基本本原原理理：利利用用受受激激辐

27、辐射射；由由于于在在原原子子与与外外加加光光场场相相互互作作用用时时同同时时存存在在受受激激辐辐射射和和受受激激吸吸收收 两两种种作作用用，想想要要实实现现光光放放大大，必必须须要要满满2 2、足足关关系系：21ststdndndtdt212121BnBn2121212121211B nB nB gB g3 3、由由波波尔尔兹兹曼曼分分布布可可以以得得到到：2211/hKTngeng1hKTe0T 要要满满足足该该条条件件，只只有有，这这意意味味着着物物质质处处于于的的状状态态，而而温温度度低低于于绝绝对对零零度度不不这这是是可可能能的的。2211/1/ngng4 4、“不不可可能能”的的前前

28、提提是是原原子子数数按按照照能能级级的的分分布布服服从从波波尔尔兹兹曼曼分分布布， 那那么么要要实实现现光光放放大大，必必须须使使原原子子数数按按能能级级的的分分布布打打破破波波尔尔兹兹曼曼 分分布布，即即使使得得高高能能级级原原子子数数大大于于低低能能级级原原子子数数，使使物物质质处处于于状状态态，或或粒粒 者者称称为为 子子数数反反转转负负绝绝对对温温度度状状态态。262.2 激光产生的机理激光产生的机理如如何何使使物物质质处处于于粒粒子子数数反反转转状状态态？通通过过各各种种泵泵浦浦机机制制，利利用用各各种种外外部部能能量量，使使大大量量处处于于低低能能级级的的物物质质粒粒子子跃跃迁迁到

29、到高高能能级级，实实现现粒粒子子数数反反转转，为为光光放放大大做做好好准准备备。用用增增益益系系数数来来描描述述光光放放大大物物质质对对光光的的放放大大能能力力，增增益益系系数数定定义义为为光光波波在在介介质质中中经经过过单单位位长长度度后后光光强强的的相相对对增增长长率率： 1dI zGI zdz272.2激光产生的机理激光产生的机理2010GInnG其其中中为为增增益益系系数数的的初初值值，当当粒粒子子数数差差值值不不随随距距离离变变化化，而而且且很很小小的的情情况况下下， 不不随随光光的的传传输输而而发发生生变变化化，这这种种情情况况称称为为小小信信号号增增益益。( )IGG zz当当

30、随随着着传传输输而而逐逐渐渐增增加加时时，高高能能级级粒粒子子被被不不断断消消耗耗，因因此此 也也随随之之减减少少，随随着着 增增加加而而减减少少的的现现象象称称为为增增益益饱饱和和。z求求解解上上面面的的微微分分方方程程，可可以以得得到到位位置置 处处的的光光强强： 00G zI zI e282.2 激光产生的机理激光产生的机理光光的的自自激激振振荡荡损耗大于增益增益大于损耗在在光光放放大大物物质质中中，除除了了存存在在受受激激跃跃迁迁现现象象外外，还还有有各各种种因因素素引引起起的的光光传传输输损损耗耗，我我们们用用损损耗耗系系数数来来描描述述这这些些损损耗耗，它它定定义义为为光光通通过过

31、单单位位距距离离后后光光强强衰衰减减的的百百分分比比： 1dI zdzI z 在在同同时时存存在在增增益益和和损损耗耗的的光光放放大大介介质质中中，光光强强随随传传输输距距离离的的变变化化可可以以表表示示为为： dI zG II z dz要要利利用用增增益益介介质质实实现现对对入入射射光光的的放放大大，应应满满足足两两个个基基本本条条件件：实实现现粒粒子子1 1、数数反反转转；G2 2、292.2 激光产生的机理激光产生的机理入入射射光光能能够够被被无无限限放放大大吗吗？00oIGG假假设设一一个个微微弱弱光光入入射射到到一一段段增增益益介介质质中中，其其初初始始增增益益系系数数为为， ，此此

32、时时光光强强随随着着传传输输距距离离增增加加而而不不断断增增强强： 00GzI zI e G zmI但但随随着着光光强强的的不不断断增增加加，增增益益介介质质中中的的高高能能级级粒粒子子不不断断的的由由于于受受激激辐辐射射而而跃跃迁迁到到低低能能级级，增增益益介介质质的的增增益益系系数数不不断断减减小小，直直到到减减小小到到= =时时，光光强强将将不不再再随随传传输输距距离离的的变变化化而而变变化化，此此时时的的光光强强饱饱和和光光强强称称为为302.2 激光产生的机理激光产生的机理mI从从上上面面的的讨讨论论可可以以知知道道，只只要要增增益益介介质质足足够够长长，无无论论多多微微弱弱的的入入

33、射射光光，都都可可以以被被放放大大为为饱饱和和光光强强。至至此此我我们们具具备备了了产产生生激激光光的的一一个个必必要要条条件件：能能够够对对特特定定频频率率的的微微弱弱入入射射光光进进行行受受激激放放大大，新新的的入入射射光光从从问问题题是是：何何而而来来？解解决决之之道道自自发发辐辐射射 : : 21/EEh 自自发发辐辐射射会会产产生生微微弱弱的的、频频率率为为的的荧荧光光，可可以以作作为为受受激激辐辐射射的的入入射射光光。 要要产产生生我我们们需需要要的的高高强强度度、方方向向性性好好的的激激光光，还还有有两两个个问问题题要要解解决决：1 1、要要获获得得最最大大的的放放大大效效果果，需需要要近近似似长长度度的的增增益益介介质质，然然而而这这在在工工程程 上上不不可可实实现现的的，如如何何尽尽可可能能的的增增加加增增益益物物质质无无穷穷的的长长度度？2、自自发发辐辐射射产产生生的的光光子子的的前前