激光基本原理ppt課件(已修改)
2025-01-16 20:28 本頁面
【正文】 《 光電子技術(shù) 》 Photoelectronic Technique 激光基本原理 主講： 周自剛 助教： 范宗學 光子的基本性質(zhì) 一、光既是粒子又是波，具有波粒二象性！ 能量： 2chm ???? h?質(zhì)量： 動量： 0nch υk2 πhP ???? ?? —— 光子 ，是傳遞電磁相互作用的基本粒子，是一種規(guī)范玻色子（ 傳遞基本相互作用的媒介粒子，自旋都為整數(shù)） 。原始稱呼是光量子（ light quantum)，電磁輻射的量子，傳遞電磁相互作用的規(guī)范粒子，記為 γ。 兩個獨立的 偏振態(tài) 光子的基本性質(zhì) 一、光既是粒子又是波，具有波粒二象性！ 有自旋，量子數(shù)為整數(shù)，大量光子的集合服從 玻色 — 愛因斯坦 分布 對單光子自旋和軌道角動量的量子隱形傳態(tài)過程的圖片展示 中國科學技術(shù)大學潘建偉研究小組在國際上首次成功實現(xiàn)多自由度量子體系的隱形傳態(tài)。 2月 26日，國際權(quán)威學術(shù)期刊 《 自然 》 雜志以封面標題的形式發(fā)表了這一最新研究成果。 ? ? 1/ ?? ? KTiiiegn??二、光的粒子性和波動性的統(tǒng)一：量子電動力學的理論，將電磁場量子化 電磁場的本征模式：具有基元能量 和基元動量 的物質(zhì)單元即屬同一本征模式的光子 lkh?lh?具有相同 動量 和相同 能量 的光子彼此不可區(qū)分，屬同一模式（狀態(tài)） 處于同一 模式 或 狀態(tài) 的腔內(nèi)光子數(shù)目是沒有限制的 任意電磁場可以看作一系列單色平面波或本征模式的 線性疊加 三、光波模式 —— 波動性 麥氏方程的解 特解 ：單色平面波 通解 ：一系列單色平面波的疊加 自由空間中的電磁波 :任意波矢的平面波均可以存在 ! 受邊界條件限制空間的電磁波：一系列獨立的具有特定波矢 的平面單色駐波。即只允許駐波光模式存在！ k?光波模式：能存在于腔內(nèi)的以波矢 為標志的電磁波模式。同一 又由于對應(yīng)兩個獨立的偏振態(tài)，則同一波矢 對應(yīng)兩個不同偏振方向的光波模式。 k? k?k?體積為 V 的空腔中的光波模式數(shù) （ 1）設(shè)： zyxV ????在 x、 y、 z三方向應(yīng)用駐波條件得： 2?mx ??2?ny ??2?qz ??xm?????2yn?????2zq?????2又因為： ??2?k則 的三個分量滿足： k?xmkx ???ynk y ???zqkz ???（ 2）光波模式的波矢空間表示 波矢空間：以 kx、 ky、 kz為直角坐標系構(gòu)成的空間 每一個光波模式對應(yīng)該空間的一個點 每個光模在波矢空間所占體積為 Vzyxkkk zyx33 ??????????處于空腔單位體積內(nèi)，頻率位于 附近單位頻率間隔的光波模式數(shù)（光波模密度）為 ?3c28?? 在頻率很高的光頻波段，由于 λL ，空腔中模密度很大，因而 Laser的制成面臨更大的挑戰(zhàn)。 經(jīng)典力學中粒子運動狀態(tài)的描述 用六維相空間的一個點，即廣義笛卡爾坐標（ x、y、 z、 px 、 py 、 pz）描述！ 光子運動狀態(tài)的描述 受 測不準關(guān)系 的限制，其坐標和動量不能同時準確測定！ （ 1）一維運動時：在 的二維相空間面積元內(nèi)的粒子狀態(tài)在物理上不可區(qū)分，故屬于同一種光子狀態(tài)。 hPx x ???四、光子態(tài) —— 粒子性 （ 2）二維運動時：在 的四維相空間面積元內(nèi)的粒子狀態(tài)在物理上不可區(qū)分，故屬于同一種光子狀態(tài)。 2hPyPx yx ?????（ 3）三維運動時：在 的六維相空間體積元內(nèi)的粒子狀態(tài)在物理
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