【正文】 入射單色強(qiáng)光電場強(qiáng)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(qiáng)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 。 一束偏振光透過置于磁場中的物質(zhì)時(shí)，若磁場方向與光束平行，則光的偏振面會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角 ?與樣品長度 L、磁感應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)大的外磁場作用下引起旋進(jìn)式運(yùn)動(dòng)所致 磁光克爾效應(yīng) 線偏振光入射到磁化介質(zhì)表面時(shí)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)。 ( threshold condition) m G R R L G ? ? 2 1 1 ln 2 1 激光材料 電激勵(lì)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。 I1 ? 經(jīng)過工作物質(zhì)后，被右反射鏡反射出發(fā)時(shí)的光強(qiáng)。 一個(gè)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(shí)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 。 因 B21=B12 ? W21=W12 產(chǎn)生激光必須 ?如何實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn) ? (1) 外界能源的激勵(lì) (稱為泵浦或抽運(yùn) ) 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(jí) ,實(shí)現(xiàn)兩能級(jí) E2和 E1的粒子數(shù)反轉(zhuǎn) . 實(shí)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(lì)的幾種基本方式： ? 氣體放電激勵(lì) ? 原子間碰撞激勵(lì) ? 光激勵(lì) (光泵 ) 任何工作物質(zhì)，在適當(dāng)?shù)募?lì)條件下可在特定的高低能級(jí)間實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。 。 。 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(shí)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(gè)原子在單位時(shí)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(shí)驗(yàn)上獲得激光奠定了理論基礎(chǔ)。復(fù)合發(fā)光所發(fā)射的光子能量等于禁帶寬度（ Eg=hv）。不同的組合會(huì)影響到發(fā)光效率和余輝長短。 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(shí)間） ：發(fā)光體在停止激發(fā)后持續(xù)發(fā)光的時(shí)間。 （ 1） 發(fā)射光譜 ：在一定的激發(fā)條件下發(fā)射光強(qiáng)按波長的分布?，F(xiàn)在除了習(xí)慣上還保留和沿用這兩個(gè)名詞外，已不再用熒光和磷光來區(qū)分發(fā)光過程，因?yàn)槿魏涡问降陌l(fā)光都以余輝的形式來體現(xiàn)其衰減過程。雜質(zhì)離子具有分立的能級(jí)，它們常常出現(xiàn)在禁帶中。 （ 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?cè)陬l率坐標(biāo)上對(duì)稱地分布在彈性散射光的低頻和高頻側(cè)，強(qiáng)度比彈性散射弱得多。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(shí)， ?在 04之間，具體數(shù)值與散射中心尺度有關(guān)。 ?S為散射系數(shù)其單位為cm1， 與散射 (質(zhì)點(diǎn) )的大小 、 數(shù)量以及散射質(zhì)點(diǎn)與基體的相對(duì)折射率等因素有關(guān) 。可以認(rèn)為它們的結(jié)合是比較弱的。 吸收主要是由于紅外光 （ 電磁波 ） 的頻率與材料中分子振子 （ 或相當(dāng)于分子大小的原子團(tuán) ） 的本征頻率相近或相同引起共振消耗能量所致 。 透光區(qū)與吸收區(qū)之間有一條坡度很陡的分界線 ， 通常稱為吸收極限 ，小于吸收極限的波長完全吸收 ， 大于吸收極限的波長則全部透過 。 當(dāng)兩個(gè)能級(jí)的能量差 （ E2E1=hν=Eg， h為普照朗克常數(shù) ， v為頻率 ） 等于可見光的能量時(shí) ， 相應(yīng)的波長的光就被吸收 ， 從而呈現(xiàn)顏色 。 2） 朗伯特定律 設(shè)有一塊厚度為 x的平板材料 ， 入射光的強(qiáng)度為 I0， 通過此材料后光強(qiáng)度為 I′。 如果連續(xù)透過 x塊平板玻璃 ， 則透過部分應(yīng)為 (1－ m)2x。 則 ， 反射系數(shù)為 m=W′/W 。 提高玻璃折射率的有效措施是摻入鉛和鋇的氧化物 。 ① 常光折射率 n0 上述兩條折射光線中 ， 平行于入射面的光線的折射率稱為常光折射率 。 一般將真空中的折射率定為 1。 當(dāng)光從真空進(jìn)入較致密的材料時(shí) ,其速度是降低的 。 如下圖 : 4 ???????ccvcn材料() εn ?當(dāng)離子半徑增大時(shí)，其 ε增大，因而 n也隨之增大 2） 材料的結(jié)構(gòu) 、 晶型和晶態(tài) （ 1） 均質(zhì)介質(zhì) 如非晶態(tài) (無定型體 )和立方晶體材料 ， 當(dāng)光通過時(shí) ， 光速不因傳播方向改變而變化 ， 材料只有一個(gè)折射率 。 以 SiO2為例 ① 石英晶體 常溫下的石英晶體 ， n =， 數(shù)值最大；高溫時(shí)的鱗石英 ， n =；方石英 ， n =。 6 ． 反射率和透射率 1． 反射系數(shù) （ 反射率 ） 當(dāng)光投射到材料表面時(shí)一般產(chǎn)生反射 、 透過和吸收 。 由 ()式可知 ,在垂直入射的情況下 ,光在界面上的反射的多少取決于兩種介質(zhì)的相對(duì)折射率 n21 3． 界面的反射損失 （ 1） 基本現(xiàn)象 如果介質(zhì) l為空氣 ， 可以認(rèn)為 ， n1=1， 則 n21=n2； 如果 n1和 n2相差很大 ， 那么界面反射損失就嚴(yán)重； 如果 n1= n2， 則 m =0； 根據(jù) ， 因此在垂直入射的情況下 ， 幾乎沒有反射損失 。 14 一．介質(zhì)對(duì)光的吸收 1． 吸收的一般規(guī)律 1） 光吸收的原因 光作為一種能量流 ， 在穿過介質(zhì)時(shí) ， ① 使介質(zhì)的價(jià)電子受到光能而激發(fā) ， 在電子殼能態(tài)間躍遷 ， 或使電子振動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿舆\(yùn)動(dòng)的能量 ， 即材料將吸收光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛驘崮芊懦觯?② 介質(zhì)中的價(jià)電子吸收光子能量而激發(fā) ， 當(dāng)尚未退激而發(fā)出光子時(shí) ，在運(yùn)動(dòng)中與其它分子碰撞 ， 使電子的能量轉(zhuǎn)變成分子的動(dòng)能亦即熱能 。 αa越大材料越厚 ， 光就被吸收得越多 ， 因而透過后的光強(qiáng)度就越小 。 但是電介質(zhì)材料 ， 包括玻璃 、 陶瓷等無機(jī)材料的大部分在這個(gè)波譜區(qū)內(nèi)都有良好的透 過性 。 c為光速 。 19 ???????? ????ac2M1M12半導(dǎo)體材料中的光吸收 （ 1）激子吸收 在光躍遷過程中，被激發(fā)到導(dǎo)帶中的電子和在價(jià)帶中的空穴由于庫侖相互作用，將形成一個(gè)束縛態(tài)，稱為激子。 直接帶隙半導(dǎo)體： 電子躍遷只需要吸收能量 間接帶隙半導(dǎo)體： 電子的躍遷不只需要吸收能量，還要改變動(dòng)量 ． 材料的光散射 1． 散射的一般規(guī)律 光波遇到不均勻結(jié)構(gòu)產(chǎn)生次級(jí)波 ， 與主波方向不一致 ， 使光偏離原來的方向從而引起散射 ， 從而減弱光束強(qiáng)度 。彈性散射的規(guī)律除了波長（或頻率）不變外，散射光的強(qiáng)度與波長的關(guān)系可因散射中心尺度的大小而具有不同的規(guī)律： ?? ??SI參量 ?與散射中心尺度大小 d有關(guān)。 理解晴天早晨的太陽呈鮮紅色而中午卻變成白色：大氣及塵埃對(duì)光譜上藍(lán)紫色的散射比紅橙色強(qiáng)，一天內(nèi)不同時(shí)刻陽光到達(dá)觀察者所通過的大氣層厚度不同，陽光透過大氣層越厚，藍(lán)紫色成分損失越多，因此達(dá)到觀察者的陽光中藍(lán)紫色的比例就越少。 共振拉曼散射： 當(dāng)一個(gè)化合物被入