【正文】 天上的白云，是由水蒸氣凝成比較大的水滴所組成，線度也在此范圍，所以散射光也呈白色 （二）米氏（ Mie）散射 當(dāng)散射中心尺度 d與入射光波長相當(dāng)時， ?在 04之間，具體數(shù)值與散射中心尺度有關(guān)。 按照瑞利，微小粒子（ d?）對長波的散射不如短波有效。 （ 2）非彈性散射 除了瑞利散射外，用高靈敏度和高 分辨率的光譜儀器，可以發(fā)現(xiàn)散射光中還有其他光譜成分，它們在頻率坐標(biāo)上對稱地分布在彈性散射光的低頻和高頻側(cè)，強度比彈性散射弱得多。 拉曼散射： 光通過材料時由于入射光與分子運動相互作用而引起的頻率發(fā)生變化的散射，又稱 拉曼效應(yīng) 。雜質(zhì)離子具有分立的能級，它們常常出現(xiàn)在禁帶中。當(dāng)然向下躍遷未必都發(fā)光，也可能存在把激發(fā)的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿臒o輻射躍遷過程 、激勵方式 如前所述，當(dāng)某種物質(zhì)受到諸如光的照射、外加電場或電子束的轟擊等激發(fā)后，只要該物質(zhì)不會因此而發(fā)生化學(xué)變化，它總要回復(fù)到原來的平衡狀態(tài)?，F(xiàn)在除了習(xí)慣上還保留和沿用這兩個名詞外，已不再用熒光和磷光來區(qū)分發(fā)光過程，因為任何形式的發(fā)光都以余輝的形式來體現(xiàn)其衰減過程。本征型電致發(fā)光，注入式電致發(fā)光 （ 3） 陰極射線致發(fā)光 ：發(fā)光物質(zhì)在電子束的激發(fā)下產(chǎn)生的發(fā)光 （ 4） x射線及高能粒子發(fā)光 :在 X射線、 ?射線， ?粒子和 ?粒子等高能粒子激發(fā)下，發(fā)光物質(zhì)產(chǎn)生的發(fā)光 （ 5） 化學(xué)發(fā)光 ：由化學(xué)反應(yīng)過程中釋放出來的能量激發(fā)發(fā)光物質(zhì)產(chǎn)生的發(fā)光 （ 6） 生物發(fā)光 ：在生物體內(nèi)，由于生命過程的變化，其相應(yīng)的生化反應(yīng)釋放的能量激發(fā)發(fā)光物質(zhì)所產(chǎn)生的發(fā)光 、材料發(fā)光的基本性質(zhì) 發(fā)光材料除了要有合適的基質(zhì)為主體外，還要選擇摻入微量雜質(zhì)作為激活劑，這些微量雜質(zhì)一般被用來充當(dāng)發(fā)光中心，有些也被用來改變發(fā)光體的導(dǎo)電類型。 （ 1） 發(fā)射光譜 ：在一定的激發(fā)條件下發(fā)射光強按波長的分布。就這一點而言，激發(fā)光譜與吸收光譜有類似之處。 200 250 300 350 400 450 5000100020223000400050006000Intensity(a.u)W a v e l e n g t h (n m )Y AG : T b?em=54 6 n m（ 3） 發(fā)光壽命（熒光壽命或余輝時間） ：發(fā)光體在停止激發(fā)后持續(xù)發(fā)光的時間。在應(yīng)用中往往規(guī)定，從激發(fā)停止時的發(fā)光強度 I0衰減到 I0/10的時間稱為余輝時間，根據(jù)余輝時間的長短可以把發(fā)光材料分為： 超短余輝（ 1?s)，短余輝 (110?s)，中短余輝（ 1021ms),中余輝（ 1100ms），長余輝（ ），超長余輝（ 1s)六個范圍。不同的組合會影響到發(fā)光效率和余輝長短。2） 發(fā)光中心受基質(zhì)點陣電場（或稱晶格場）的影響很大 。復(fù)合發(fā)光所發(fā)射的光子能量等于禁帶寬度（ Eg=hv）。 1959年 ， 湯斯提出制造紅寶石激光器的建議 1960年，加州休斯實驗室的梅曼制成了第一臺紅寶石激光器 1964年，湯斯、巴索夫和普羅霍羅夫分享諾貝爾物理學(xué)獎 1961年 8月，我國第一臺紅寶石激光器在長春光機所研制成功 1987年 6月，大功率脈沖激光系統(tǒng) 神光裝置，在上海光（學(xué)精密）機（械研究）所研制成功 1. 自發(fā)輻射、受激輻射和受激吸收 當(dāng)光與物質(zhì)的相互作用時 , 原子的能級發(fā)生改變 : ? 原子可以從高能級躍遷到低能級 , 釋放出能量 . ? 原子可以吸收光子從低能級躍遷到高能級 . 若以輻射電磁波的形式釋放能量 —輻射躍遷 若釋放的能量轉(zhuǎn)化為體系的熱運動動能 —無輻射躍遷 （ 二）、激光原理 1900年 ,普朗克用輻射量子化假設(shè)成功地解釋了黑體輻射規(guī)律 ,1913年 ,玻爾提出原子中電子運動狀態(tài)量子化假設(shè) , 愛因斯坦在此基礎(chǔ)上 , 研究了關(guān)于光與物質(zhì)相互作用的問題 ,他明確指出 ,只有自發(fā)輻射和光吸收兩過程 ,是不足以 解釋普朗克黑體輻射公式的 ,必需引入受激吸收過程的逆過程 ——受激發(fā)射 。 E2 E1 N2 N1 h? 外來光也有可能被吸收，使原子從 E1?E2 . 單位體積中單位時間內(nèi)因吸收外來光而從 E1?E2 的原子數(shù)： 3） . 受激吸收 (absorption) ? ? 11212 , NTBdtdN ?????????吸收 B12—— 吸收系數(shù) 11212 NWdtdN ???????吸收令 W12=Ｂ 12 ?(? 、 T) W12 ? 單個原子在單位時間內(nèi)發(fā)生 吸收過程的概率 . A21 、 B21 、 B12 稱為愛因斯坦系數(shù) . 1917年愛因斯坦從理論上得出 : 1233218 BChA ???愛因斯坦的受激輻射理論為六十年代初實驗上獲得激光奠定了理論基礎(chǔ)。 10860112 ????? ????5. 10ee12kTEENN粒子數(shù)的正常分布 1E2E. . . . . 。 。 。 。要想使受激輻射占優(yōu)勢 ， 必須使處在高能級 E2的粒子數(shù)大于處在低能級 E1的粒子數(shù) 。 因 B21=B12 ? W21=W12 產(chǎn)生激光必須 ?如何實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn) ? (1) 外界能源的激勵 (稱為泵浦或抽運 ) 能破壞熱平衡 ,使處于基態(tài)的原子選擇性地激發(fā)到 高能級 ,實現(xiàn)兩能級 E2和 E1的粒子數(shù)反轉(zhuǎn) . 實現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的介質(zhì)中激活介質(zhì)或增益介質(zhì) . 外界激勵的幾種基本方式： ? 氣體放電激勵 ? 原子間碰撞激勵 ? 光激勵 (光泵 ) 任何工作物質(zhì)，在適當(dāng)?shù)募顥l件下可在特定的高低能級間實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。 E2與 E1 之間實現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。 一個能使受激幅射和光放大過程持續(xù)的構(gòu)造： 全反 射鏡 半反 射鏡 實物圖 原理圖 激光工作物質(zhì) 光學(xué)諧振腔： (1) 使非軸向光逸出腔外 ,軸向光來回反射 。 1）．激光在工作物質(zhì)內(nèi)傳播時的凈增益 設(shè) ｘ ＝ 0處，光強為 I0 ｘ ： I ｘ +dx ： I + d I 有 d I ? Idx 寫成等式 d I = G I dx 定義：增益系數(shù) G (gain coefficient) 激光形成階段：增益 ＞ 損耗 激光穩(wěn)定階段：增益 ＝ 損耗 即單位長度上光強增加的比例。 I1 ? 經(jīng)過工作物質(zhì)后，被右反射鏡反射出發(fā)時的光強。 在激光穩(wěn)定階段 即 光強增大到一定程度后 須 I2 / I0 = 1 兩個問題： （ 1）、在激光的形成階段 G Gm , 光放大，怎么光強不會無限放大下去？ 原因是實際的增益系數(shù) G不是常量 ,當(dāng) I? 時，會 G?。 ( threshold condition) m G R R L G ? ? 2 1 1 ln 2 1 激光材料 電激勵為主的半導(dǎo)體激光材料 通過分立發(fā)光中心吸收光泵能量后轉(zhuǎn)換成激光輸出的發(fā)光材料 光纖、磁光、光電和非線性光學(xué)效應(yīng) 光導(dǎo)纖維 光導(dǎo)纖維簡稱光纖，是利用 光的全反射原理 制作的一種新型光學(xué)元件，是由兩種或者兩種以上折射率不同的透明材料通過特殊復(fù)合技術(shù)制成的復(fù)合纖維。 熱性能 ：要求兩種材料的熱膨脹系數(shù)相接近 光纖的分類： 按材質(zhì)分： 無機光導(dǎo)纖維：單組份、多組分 高分子光導(dǎo)纖維 光纖的應(yīng)用： 光纖通信 磁光效應(yīng)與磁光盤 磁光效應(yīng)是指處于磁化狀態(tài)的物質(zhì)與光之間發(fā)生相互作用而引起的各種光學(xué)現(xiàn)象。 一束偏振光透過置于磁場中的物質(zhì)時，若磁場方向與光束平行，則光的偏振面會發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角 ?與樣品長度 L、磁感應(yīng)強度 B之間有下列關(guān)系： ? ? L 磁致旋光物質(zhì) B ? = VLB 磁致旋光效應(yīng)發(fā)生地原因是由于物質(zhì)內(nèi)部原子或分子中的電子，在強大的外磁場作用下引起旋進(jìn)式運動所致 磁光克爾效應(yīng) 線偏振光入射到磁化介質(zhì)表面時其反射光的偏振面發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這種由反射而引起的偏振面旋轉(zhuǎn)的效應(yīng)叫克爾效應(yīng)。 不同的物質(zhì)具有不同的逸出功 ，即每一個物體都有一個對應(yīng)的光頻閾值 ， 稱為紅限頻率或波長限 。 入射單色強光電場強度 tc o sEE ?0?tc o sEtc o sEEEP ?????? 22022 ????)tc o s(Etc o sE ???? 212200 ???恒定電場 基頻成分 倍頻成分 ][ 21212022 t)c o s (t)c o s (EE ????? ????入射兩種不同頻率的強光 tc o sEE 1101 ??)tc o sEtc o sE(P 220220 ??? ??)tc o s(E)tc o s(E 22202210 21212121 ???? ????和頻成分 差頻成分 tc o sEE 2202 ??21 EEE ??介質(zhì)除輻射直流、基頻和倍頻成分，還將輻射頻率為和頻與差頻的光波，稱為 光學(xué)混頻