大學(xué)物理課件10激光(已修改)
2025-01-25 18:52 本頁(yè)面
【正文】 主要內(nèi)容： 激光 光與物質(zhì)作用的基本過(guò)程 物質(zhì) —— 原子體系 基態(tài) 激發(fā)態(tài) 光 —— 光子體系 （能量 : h?。 動(dòng)量 : h?/c。 質(zhì)量 : h?/c2) 基本模型 考慮與產(chǎn)生激光有關(guān)的兩個(gè)原子能級(jí) E1和E2(E2E1)， 以使問(wèn)題大為簡(jiǎn)化。 ?一、自發(fā)輻射 （ spontaneous radiation） 高能級(jí) E2上的原子自發(fā)地躍遷到低能級(jí) E1發(fā)出 光子過(guò)程，稱為自發(fā)輻射。 12 EEh ???E2 E1 N2 N1 h? 設(shè)單位體積中處于 E1 、 E2能級(jí)的粒子數(shù)為 N1 、 N2 E2 ? E1自發(fā)輻射 的原子數(shù)為 則 單位體積 中， dt 時(shí)間 從 它是 單個(gè)原子單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生自發(fā)輻射概率。 tANN dd2122 ??tAeNtN 21202 )(??指數(shù)衰減律 dtNAdN 22121 ?? Ａ 21 ? 自發(fā)輻射系數(shù)， 注意到： dN21= –dN2 于是有 E2 E1 N2 N1 h? 10 自發(fā)輻射的各原子發(fā)的光是 獨(dú)立的 、 無(wú)關(guān)的非相干光 。 20 考慮原子在 E2能級(jí)的平均停留時(shí)間 ? ??0220 20)(1NdNtN? dtNtAN 20 21201 ? ??211A???211A稱為原子在 E2能級(jí)的平均壽命。 ▲ 例 :原子在一秒鐘內(nèi)發(fā)生自發(fā)輻射概率為 1/10， 則該原子在激發(fā)態(tài) E2平均停留時(shí)間為 10秒。 一般激發(fā)態(tài)壽命： S87 10~10 ??一般亞穩(wěn)態(tài)壽命： S310~ ?二、吸收 （ absorption） 外來(lái)光頻率滿足 h? = E2 – E1時(shí)， E1能級(jí)粒子吸收一個(gè)光子，躍遷到 E2能級(jí)，稱為 受激吸收 E1 ? E2受激吸收 的原子數(shù)為 則 單位體積 中， dt 時(shí)間 從 它是 單個(gè)原子單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生受激吸收概率。 dtwNBdN ?11212 ? B12 ? 受激吸收系數(shù)， w? ? 光譜輻射能量密度 ?? nhw ?dtNdNwBW1121212 ??? ?受激吸收概率 E2 E1 N2 N1 h? h? h? 三、受激輻射 (stimulated radiation) 外來(lái)光頻率滿足 h? = E2 – E1時(shí)， E2能級(jí)粒子受其刺激 ， 躍遷到 E1能級(jí)，同時(shí)輻射一個(gè) 與外來(lái)輻射完全相同 的光子， 稱為 受激輻射。 E2 E1 N2 N1 h? E2 ? E1受激輻射 的原子數(shù)為 則 單位體積 中， dt 時(shí)間 從 它是 單個(gè)原子單位
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