通常的激光器由激光工作物質(zhì)、泵浦源和光學(xué)諧振腔三部分組成。為了形成穩(wěn)定的激光，首先必須有能夠形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的發(fā)光粒子（激活離子）。為激活離子提供寄存場所的材料稱為基質(zhì)，基質(zhì)和激活離子統(tǒng)稱激光工作物質(zhì)。產(chǎn)生激光的必要條件是實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，而為了實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，就必須有適合激活離子的能級系統(tǒng)。當(dāng)前研究得最多也最普遍的固體激光器有兩種類型的能級結(jié)構(gòu)，即所謂的三能級系統(tǒng)和四能級系統(tǒng)（如圖1所示）。

圖1 固體激光器的三能級和四能級系統(tǒng)示意圖

三能級系統(tǒng)中，激光下能級就是基態(tài)，激活離子吸收了泵浦源的光能之后躍遷到吸收帶，然后通過無輻射躍遷過程到達(dá)激光發(fā)射的上能級。當(dāng)泵浦光的強度足夠大時，激光上下能級之間形成了足夠大的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，激光波長的光增益足以補償其損耗時，介質(zhì)將變成該波長光的增益介質(zhì)。如果把這種增益介質(zhì)放到適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)諧振腔中，受激輻射的光束多次在增益介質(zhì)中通過將形成在空間和時間上高度集中的光輻射——激光。三能級系統(tǒng)的典型例子是紅寶石Cr³⁺:Al₂O₃晶體。四能級系統(tǒng)中，激活離子吸收泵浦光后躍遷到一個位于激光發(fā)射上能級之上的吸收帶，然后由無輻射躍遷進(jìn)入激光上能級，以后的過程與三能級系統(tǒng)相同，但是四能級系統(tǒng)中躍遷到激光下能級的離子通過無輻射躍遷回到基態(tài)。四能級系統(tǒng)的例子很多，目前在激光技術(shù)上應(yīng)用最多的Nd³⁺:YAG就是其典型。

       不論是三能級系統(tǒng)還是四能級系統(tǒng)，要使激光材料發(fā)射激光，第一步都需要泵浦源給予足夠強的激勵，使之成為光的增益介質(zhì)。半導(dǎo)體激光器(LD)泵浦是當(dāng)前用于激勵激光材料的一種高效而又不會產(chǎn)生太多熱量的泵浦方法，它不會因為熱量的產(chǎn)生而導(dǎo)致激光材料的溫升太大，從而較好的保持激光材料在較低溫度下的優(yōu)良性能。圖2為LD泵浦的固體激光器示意圖。

圖#p#分頁標(biāo)題#e#2 激光二極管（LD）泵浦的固體激光器示意圖