公式符号：σ

单位：m2

在激光物理学，过渡截面被用来量化光诱导过渡事件的可能性，如吸收或激发发射.对于处于某种电子状态的激光离子，过渡率（以每秒的事件为单位）是由相应的截面乘以光子通量密度（以每平方米和每秒的光子为单位）得出的。

其中R是过渡率（单位为s−1），σ是过渡截面，I是光强度，而h ν是指光子能量.这样的过渡率被用于速率方程建模.

过渡截面取决于光频率(或 波长).在经典模型中，这种转变涉及到共振，这可能导致强烈的峰值截面光谱。在一个光子图中，这些峰值对应于光子能量与两个相关层次的能量之差相适应的波长。

图1：掺镱的锗硅酸盐玻璃的有效吸收和发射截面，如图所示。 芯材掺镱玻璃的纤维.(数据来自R. Paschotta的光谱测量)

吸收和增益系数

如果 吸收性吸收截面为σabs的原子或离子在介质中的分布为 数密度N在一个介质中，这导致了一个强度 吸收系数介质的α是N和σabs的乘积。(对于 纤维或其他 波导覆盖层，可能还需要包括重叠因子Γ）。以此类推。 效益可以计算具有给定发射截面σem的原子或离子的系数。

激光增益介质的过渡横截面

对于一个激光器 中等增益，最相关的截面是泵浦和激光波长的吸收截面和发射截面。在许多情况下，只有泵浦波长的吸收截面和激光波长的发射截面（也叫激光截面）。其他过渡截面实际上为零，因为较低的激光水平很快就被耗尽了。对于这样一个 四级增益中的，其阈值泵功率与发射截面（在激光波长处）和 上态寿命.这些横截面不仅影响到可实现的 泵的吸收和 增益，而且还影响到 饱和行为和自发转变过程的速率。如果在激光波长处有一个非零的吸收截面，这将导致重吸收.

有效过渡截面是这个概念的一个方便的延伸。

在固体状态下 增益介质, 激光转换通常涉及上层和下层电子水平的不同斯塔克水平（或者更准确地说，上层和下层 斯塔克级流形).这些次一级的转变在光谱上是重叠的，所以它们很难被区分（也许在非常低的温度下除外）。根据确切的波长，不同的斯塔克级之间的转换有不同程度的贡献。一个方便的技术 激光建模因此，使用所谓的 有效过渡截面的方法，这是一种不同子级转换截面的平均值，其权重系数取决于热平衡时的种群密度（这意味着它们在本质上是与温度有关的）。有效过渡截面可以直接从光谱测量中获得，而不需要解决不同的子级过渡（例如在掺杂玻璃的情况下，这将是困难的）。此外，它们可以直接用于 激光模型.

的吸收和发射截面的典型值 激光晶状体在10−20–10−18 cm2的范围内。单个离子在 玻璃表现出类似的数值，但由于 非均质增宽的缘故，玻璃中离子的平均横截面通常要小得多通常是几倍甚至一个数量级的。对于在允许的转变上运行的增益介质（而不是 禁止性转换)，比如说 激光染料或 半导体，其横截面要高得多。

激光增益介质具有高发射截面和/或宽 增益带宽倾向于有一个低的 上态寿命因为有很强的 自发发射.尽管 量子噪声过程决定了自发发射的速率，该速率也与发射截面和带宽成正比。更多详情请参见关于 辐射寿命以了解更多细节。

过渡期截面的测量

从基态流形开始的转换的吸收截面通常从吸收光谱中获得，例如用一个仪器测量。 白光源离子的数量密度（浓度）必须为该计算所知道。

发射截面的光谱图（通常没有绝对比例）可以从荧光光谱，前提是没有重吸收改变光谱形状，而且不同的荧光转变没有光谱重叠。发射截面的绝对值可以用以下方法计算互惠法，例如，通过 Füchtbauer-Ladenburg方程.的计算。 麦肯伯关系[1]也是有用的。发射截面，例如，对于稀土离子也可以使用Judd-Ofelt理论从吸收截面中估计出来。

激发态吸收(例如，从上层激光水平)也有横截面的特征。这比地基态吸收更难测量，因为(a)在测量过程中必须至少部分地填充相应的起始级，(b)可能很难确定该级中离子的比例，以及(c)测量的吸收可能被吸收或来自其他级的吸收所改变。 刺激发射(c) 测量的吸收可能被吸收或来自其他级别的吸收所改变，这些级别也被填充了。

方向性依赖

对于非各向异性的介质，过渡截面可以强烈地取决于光的方向。 偏振的方向。例如，激光收益可以强烈依赖于偏振。