红宝石激光器的激发机理

　　红宝石晶体中发射荧光并由此形成激光的是铬离子Cr3+，称为激活离子。其参与激光作用的能级结构。4A2是基态（对应三能级系统的E1），2E能级是亚稳态（对应于三能级系统的E2），4F1和4F2是两个吸收带能级（对应三能级系统的激发态E3）。从4A2向4F1、4F2的跃迁，对应两个强吸收带，中心波长分别约为410nm和560nm，吸收带宽约为100nm。

　　红宝石晶体中Cr3+的亚稳态2E能级，实际由2A和E两能级组成。在强光照射下有两条荧光谱线R1和R2。R1和R2分别对应于E→4A22A→4A2的跃迁。R1和R2对应的谱线波长为694.3nm和692.9nm；相对强度7：5，线宽都为11cm-1。

　　红宝石晶体在光泵激励下，处于其态4A2的Cr3+，吸收能量后跃迁到激发态4F1和4F2上，粒子在4F1和4F2上的寿命很短，约为10-9s。由于晶体内部晶格振动，大部分粒子通过无辐射跃迁，到达亚稳态能级2E上，因其能级寿命较长，约为3×10-3s。因此2E上积累大量粒子，在2E与4A2（基态）间形成粒子数反转分布，受激辐射将产生694.3nm和692.nm的谱线输出。由于R1线（λ=694.3nm）比R2线（λ=692.9nm）的荧光强度大，R1线先达阈值输出激光。因此，通常红宝石激光器的输出波长为694.3nm。