【正文】 w13 A31 S31 S32(快速熱馳豫 ) A21 S21 w21 w12 E3 激光上能級(jí) (亞穩(wěn)態(tài) ) 泵浦上能級(jí) 激光下能級(jí) (或泵浦下能級(jí) ) E2 E1(基態(tài) ) 3131323131 。第四章 光與物質(zhì)相互作用理論 本章主要介紹光與物質(zhì)相互作用的基本理論 : 1) 激光介質(zhì)的譜線展寬類型及展寬機(jī)理 2) 引出激光器速率方程 3) 不同類型展寬類型激光介質(zhì)的增益特性 本章主要介紹光與物質(zhì)相互作用的基本理論 : 第三節(jié) 譜線加寬和線型函數(shù) 引言：由于某些各種加寬機(jī)制，使每一能級(jí)都有一定的寬度，造成自發(fā)輻射的頻率不單一 分布在一定頻率范圍內(nèi) 該范圍內(nèi)不同頻率處發(fā)射功率不相同 (如圖 ) :0? 輻射功率功率最大 譜線的中心頻率 定義：分布在某一頻率附近單位頻率間隔內(nèi)的自發(fā)輻射功率與整個(gè)頻率范圍內(nèi)的自發(fā)輻射總功率之比。, ASSAS ???? 2121 AS ??① 基態(tài) E1能級(jí)原子激發(fā)到高能級(jí) E3上 (W13) E3粒子數(shù)密度 n3主要以無(wú)輻射躍遷 S32(熱馳豫 ) 形式極為迅速地轉(zhuǎn)移到激光上能級(jí) E2。 當(dāng)粒子抽運(yùn)到 E2上的速率足夠高，形成集居數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)，腔內(nèi)形成激光， E2和 E1間的受激輻射 W21和吸收躍遷 W12將占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。用于表示譜線的形狀。其次也以自發(fā)輻射 A3無(wú)輻射躍遷 S31等方式返回基態(tài)。, ASSAS ???? 2121 AS ??躍遷過(guò)程 ② 激光上能級(jí) E2 為亞穩(wěn)能級(jí) (長(zhǎng)壽命 )，未形成激光時(shí) n2粒子將主要以自發(fā)躍遷 A21形式返回 E1， A21較小。 一、線型函數(shù) 描述激光介質(zhì)發(fā)射譜線功率隨頻率變化特性 ? ?0,~ ??g? ? ? ?PPg ??? ?0,~數(shù)學(xué)表示 性質(zhì) — 滿足歸一化 ? ? 1,~0 0 ???? ??? dg頻率 附近單位頻率間隔內(nèi)的自發(fā)輻射功率 ?輻射總功率 頻率范圍內(nèi)發(fā)射功率 21 ~??譜線寬度 (譜對(duì)稱時(shí) ) ??? ? ? ?0000 ,~21,~2 ??????? gg ??????? ?00,~ ??g? ?00 ,~21 ??g0?20?? ?? 20?? ??? ?0,~ ??g 下降為最大值一半時(shí) 對(duì)應(yīng)兩頻率間隔 (用右圖說(shuō)明 ) 二、加寬類型 均勻加寬、非均勻加寬、綜合加寬 三、均勻加寬 (Homogenous Broadening) 定義：引起加寬的物理因素對(duì)每個(gè)原子都是等同的，每個(gè)發(fā)光原子都以整個(gè)線型發(fā)射，不能把線型函數(shù)上的某個(gè)特定頻率與某些特定原子聯(lián)系起來(lái)，或者說(shuō)，每個(gè)發(fā)光原子對(duì)譜線內(nèi)任一頻率都有 相同 貢獻(xiàn)。 n3趨于 0 三能級(jí) 系統(tǒng)的 單模振蕩速率方程組 ? ?31323131313 SSAnWndtdn ????? ? 212212121213232 WnASnWnSndtdn ?????nnnn ??? 321Rlll NWnWndtdN???? 121212ni : 第 i 能級(jí)上的粒子數(shù)密度 n : 工作物質(zhì)的總粒子數(shù)密度 形式一 又因?yàn)椋? ? ?lNvW 02121 ,????? ? ? ? ll NvffNvW 0211201212 , ?????? ??代入方程組的第 4方程中