自发辐射与受激辐射.ppt

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1、1.1 自发辐射和受激辐射自发辐射和受激辐射1、吸收过程：、吸收过程：2、自发辐射过程：、自发辐射过程：激发态激发态 E2E3E4基态基态 E1专题专题 激光技术激光技术激光又名镭射激光又名镭射 (Laser),它的全名是它的全名是“辐射的受激发射光放大辐射的受激发射光放大”。(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)3、受激辐射过程：、受激辐射过程：E1 E2受激辐射的特点结论：受激辐射的特点结论：受激辐射产生的光子与受激辐射产生的光子与原来的光子具有完全相同的状态。原来的光子具有完全相同的状态。结论：结论：受激辐射而得

2、到的光是受激辐射而得到的光是相干光相干光。1.2 激光的产生激光的产生1、粒子数反转、粒子数反转E1E2粒子数反转粒子数反转产生激光的必要条件：产生激光的必要条件：实现粒子数反转。实现粒子数反转。激励（泵浦）：激励（泵浦）：实现粒子数反转的过程。实现粒子数反转的过程。具有亚稳态的原子结构，才能实现粒子数反转。具有亚稳态的原子结构，才能实现粒子数反转。红宝石激光器（三能级系统）红宝石激光器（三能级系统）E2E3E1E2E3E1(10-8s)E2E3E1(10-3s)氦氖激光器（四能级系统）氦氖激光器（四能级系统）E1E2E3E4E1E2E3E4(10-8s)(10-3s)1.3 光学谐振腔光学谐

3、振腔工作物质工作物质全反射镜全反射镜部分反射镜部分反射镜谐振腔长度：谐振腔长度：谐振腔的作用：谐振腔的作用：（1）维持光振荡，起到光放大作用。）维持光振荡，起到光放大作用。（2）使激光产生极好的方向性。）使激光产生极好的方向性。（3）使激光的单色性好。）使激光的单色性好。氦氖激光：氦氖激光：6328A红宝石激光：红宝石激光：6943A1.4 激光的特性激光的特性1、方向性好。、方向性好。2、单色性好。、单色性好。3、相干性好。、相干性好。4、能量集中。、能量集中。思考题：思考题：1.1 自发辐射与受激辐射比较有哪些不同？自发辐射与受激辐射比较有哪些不同？粒子自发地从高能级跃迁到低能级，同时发出

4、一个光子，这粒子自发地从高能级跃迁到低能级，同时发出一个光子，这一过程叫做自发辐射。一过程叫做自发辐射。若处在高能级的粒子，在一个能量等于两能级之差（若处在高能级的粒子，在一个能量等于两能级之差（E2-E1）的光子作用下，从高能级跃迁到低能级并发射一个光子，这一过程的光子作用下，从高能级跃迁到低能级并发射一个光子，这一过程称为受激辐射。与自发辐射不同，辐射一定要在外来光作用下发生称为受激辐射。与自发辐射不同，辐射一定要在外来光作用下发生并发射一个与外来光子完全相同的光子。受激辐射光是相干光。受并发射一个与外来光子完全相同的光子。受激辐射光是相干光。受激辐射光加上原来的外来光，使光在传播方向上光

5、强得到放大。激辐射光加上原来的外来光，使光在传播方向上光强得到放大。1.2 激光工作物质在热平衡情况下能否实现粒子数反转分布激光工作物质在热平衡情况下能否实现粒子数反转分布?怎样怎样能实现粒子数反转能实现粒子数反转?不能。在热平衡条件下，粒子数的分布服从玻耳兹曼分不能。在热平衡条件下，粒子数的分布服从玻耳兹曼分布律，高能级的粒子数总小于低能级的粒子数。布律，高能级的粒子数总小于低能级的粒子数。借助于外界的激励能源（为电激励借助于外界的激励能源（为电激励,光激励光激励,化学激励等化学激励等能源），打破激活介质热平衡时的粒子数分布，使高能级的能源），打破激活介质热平衡时的粒子数分布，使高能级的粒子

6、数大于低能级的粒子数。这种激活介质要具有合适的能粒子数大于低能级的粒子数。这种激活介质要具有合适的能级结构。级结构。1.3 激光器有哪几个基本组成部分激光器有哪几个基本组成部分?(1)激活介质激活介质(2)激励能源激励能源(3)光学谐振光学谐振激光器一般有三个基本组成部分：激光器一般有三个基本组成部分：1.4 概括光学谐振腔的作用。概括光学谐振腔的作用。（1）维持光振荡（）维持光振荡（2）选择激光的方向性（）选择激光的方向性（3）提高激光的单色性。）提高激光的单色性。1.5 何谓激光的纵模和横模何谓激光的纵模和横模?由于激光器输出的每一个谐振频率的光，因其光强是沿纵由于激光器输出的每一个谐振频

7、率的光，因其光强是沿纵向（腔轴方向）分布的驻波场。一般激光器是多纵模输出，向（腔轴方向）分布的驻波场。一般激光器是多纵模输出，如果采取措施，可以输出单纵模，大大提高激光色性。如果采取措施，可以输出单纵模，大大提高激光色性。激光在垂直于腔轴的横截面上形成的稳定的光强分布，激光在垂直于腔轴的横截面上形成的稳定的光强分布，称激光的横模。称激光的横模。1.6 激光束有哪些特点激光束有哪些特点?（1）光能量在空间和时间上高度集中（）光能量在空间和时间上高度集中（2）相干性好）相干性好（3）方向性好）方向性好1.7 设设He-Ne 激光器腔长激光器腔长L分别为分别为0.30m、1.0m,气体折射率气体折射率n 1,试求纵模频率间隔各为多少试求纵模频率间隔各为多少?据据: