通常的激光器由激光工作物質、泵浦源和光學諧振腔三部分組成。為了形成穩定的激光，首先必須有能夠形成粒子數反轉的發光粒子（激活離子）。為激活離子提供寄存場所的材料稱為基質，基質和激活離子統稱激光工作物質。產生激光的必要條件是實現粒子數反轉，而為了實現粒子數反轉，就必須有適合激活離子的能級系統。當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構，即所謂的三能級系統和四能級系統（如圖1所示）。
圖1 固體激光器的三能級和四能級系統示意圖
三能級系統中，激光下能級就是基態，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激光發射的上能級。當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反轉，激光波長的光增益足以補償其損耗時，介質將變成該波長光的增益介質。如果把這種增益介質放到適當的光學諧振腔中，受激輻射的光束多次在增益介質中通過將形成在空間和時間上高度集中的光輻射——激光。三能級系統的典型例子是紅寶石Cr3+:Al2O3晶體。四能級系統中，激活離子吸收泵浦光后躍遷到一個位于激光發射上能級之上的吸收帶，然后由無輻射躍遷進入激光上能級，以后的過程與三能級系統相同，但是四能級系統中躍遷到激光下能級的離子通過無輻射躍遷回到基態。四能級系統的例子很多，目前在激光技術上應用最多的Nd3+:YAG就是其典型。
不論是三能級系統還是四能級系統，要使激光材料發射激光，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。半導體激光器(LD)泵浦是當前用于激勵激光材料的一種高效而又不會產生太多熱量的泵浦方法，它不會因為熱量的產生而導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良性能。圖2為LD泵浦的固體激光器示意圖。
圖#p#分頁標題#e#2 激光二極管（LD）泵浦的固體激光器示意圖
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