對一個激光器來說，當它在穩定工作時，其增益正好等于總損耗。這時的理想情況是：損耗的能量在腔內的受激過程中得到了補充，而且在受激過程中產生的光波與原來光波有相同的相位，所以新產生的光波與原來的光波相干疊加，使腔內光波的振幅始終保持恒定，相應地就有無限長的波列，故線寬應為0。但是，實際上線寬不可能為0，激光的譜線雖然極窄，但仍然有一定的寬度。

首先是內部原因：盡管激光器的自發輻射相對于受激輻射來說是極其微弱的，但它畢竟還是不可避免地存在著，而且在激光器的輸出功率中也貢獻了極其微小的一部分。這樣，激光器的增益就應包括受激過程和自發過程兩部分的貢獻。在振蕩達到平衡時，激光器內的能量平衡，應該是介質的受激輻射增益與自發輻射增益之和等于總損耗，因而受激輻射的增益應略小于總損耗。這樣，對于受激輻射的相干光來說，每一個波列都有一定的衰減，正是這種衰減造成了一定的線寬。另一方面，腔內自發輻射又產生一列一列前后相位無關的波列，這些波列和相干的波列的光強相疊加，使腔內的光強保持穩定。這樣一些一段一段的互相獨立的自發輻射的波列也要造成一定的線寬。以上兩方面的因素造成了由于存在自發輻射而引起的激光線寬。如下圖所示，曲線1是衰減的相干光的譜線，曲線2是自發輻射本身的譜線，譜線3是總的譜線。

如果激光器的輸出功率增大，就說明腔內輻射場的能量密度也變大了，而受激輻射幾率是正比于輻射場能量密度的，而自發輻射的幾率卻不變，因此受激輻射所占的比例相應地增大，激光振蕩譜線的寬度也相應地變窄。這就是說增大激光器的輸出功率可以減小由于自發輻射引起的激光線寬。因為自發輻射在任何激光器中都存在，所以這種因素造成的激光線寬無法排除，也就是說這種線寬是消除了其他使用各種使激光線寬增加的因素后，最終可達到的最小線寬，稱為線寬極限。

影響激光穩定性的一些因素，諸如溫度的波動、機械的振蕩、損耗的波動、空氣濕度的變化等是產生激光線寬的外部原因。因為當激光的頻率不穩定而發生變化和漂移時，激光振蕩就不會是等幅的連續的正弦振蕩，它必然會形成一定的頻率分布，因而會出現一定的譜線寬度。實驗表明，穩頻度較高的He-Ne激光器輸出的譜線寬度大約為幾十Hz的數量級，普通的He-Ne激光器可達10的4次方Hz的數量級，而固體激光器和半導體激光器的譜線寬度更寬，一般都在10的6次方Hz以上。

審核編輯 黃宇