雷射理論是專門研究有關雷射的產生、振盪、放大、控制、輸出特性、傳輸特性以及雷射與物質相互作用規律性的綜合理論。按照其理論基礎，雷射理論可分為三種不同的理論體系，它們分別被稱為經典理論、半經典理論以及量子理論。
基本介紹
- 中文名：雷射理論
- 定義：專門研究有關雷射
- 類別：產生、振盪、放大、控制、輸出
- 所屬：科技
正文,
正文
① 經典理論。該理論體系的特點，是將雷射場看成經典的電磁場而採用麥克斯韋方程組加以描述，將與雷射相互作用的物質體系看成是經典諧振子的集合。採用這種理論能較好地解決雷射場的空間結構和時－空傳輸特性等，其最成功之處是建立了光學共振腔理論和雷射模式理論。
② 半經典理論。該理論體系的特點，是將雷射場看作是可用麥克斯韋方程組描述的經典電磁場，而將與雷射發生作用的物質體系看成是服從量子力學規律的微觀粒子（原子、分子、離子或電子）的集合。這種理論能比較好地解決有關雷射與物質體系相互作用過程中的許多重要問題，特別是能正確反映那些與雷射場波動性有關的現象的規律性；這種理論的局限性，是不能反映與雷射場的量子化特性（光子特性）有關的某些現象的規律性，其中包括不能解釋與場的量子起伏和物質體系自發輻射行為有關的現象規律性。半經典理論最成功的例證，是解決了有關雷射振盪與放大過程中的增益飽和、模式牽引、相位鎖定（見雷射鎖模技術）等基本特性的描述；此外是有關光學媒質在強光作用下的各種非線性電極化效應的描述。
③ 全量子理論。本質上是量子電動力學體系，其特點是，將雷射場看成是遵循量子化規律的光子群的集合，將與雷射場發生作用的工作物質看成是遵循量子力學規律的微觀粒子的集合，在此基礎上進而將兩者看成是一個統一的體系而加以量子理論處理。這種理論體系的主要優點，是它能對涉及到雷射與物質相互作用過程中出現的各種現象與效應，給出嚴格而又全面的物理描述；其不足之處，是這種理論的數學處理過程過於繁雜而不便求解。基於全量子理論，在一定前提下還可派生出一些往往是十分簡潔有用的專門理論。如在忽略量子化雷射場的位相特性（或光子數目起伏）的前提下，可簡化為速率方程理論，能非常方便地用它來描述雷射的產生、振盪與放大等過程中的粒子數輸運和雷射功率方面的動態特性。
按照所研究的課題內容與對象不同，雷射理論又可具體劃分為光學共振腔、雷射器振盪、雷射放大、雷射的Q調製與鎖模（見雷射調Q技術、雷射鎖模技術、雷射限模技術）等領域。
① 光學共振腔理論。這是指專門研究各類共振腔的組成、共振波型（模式）結構、腔對振動波型的選擇與限制作用的理論。按照它所描述的共振腔基本類型之不同，可分為穩定腔理論、非穩腔理論以及介穩腔理論。按照理論描述出發點之不同，共振腔理論又可區分為衍射自洽場理論、幾何光學理論、多光束干涉儀理論以及光波導理論等。
② 雷射器振盪理論。是指專門研究具有光學共振腔的雷射振盪器內，有關雷射的發生、振盪與輸出特性的理論。這一理論所研究的具體課題,主要包括有:雷射器振盪的閾值條件、粒子數輸運與雷射器增益特性、振盪模式之間的耦合與競爭、雷射器輸出的功率變化特性等。常用的理論處理方法主要有速率方程理論和半經典理論兩種。
③ 雷射放大理論。是指專門研究雷射信號通過雷射放大器的行波放大行為特性的理論。所研究的具體課題主要包括有：放大器的增益與增益飽和特性、增益媒質譜線增寬性質的影響，放大過程對入射光信號的頻率和時－空結構特性的影響等。所採用的理論方法同雷射振盪理論基本相同。
