【正文】 w13 A31 S31 S32(快速熱馳豫 ) A21 S21 w21 w12 E3 激光上能級 (亞穩(wěn)態(tài) ) 泵浦上能級 激光下能級 (或泵浦下能級 ) E2 E1(基態(tài) ) 3131323131 。第四章 光與物質相互作用理論 本章主要介紹光與物質相互作用的基本理論 : 1) 激光介質的譜線展寬類型及展寬機理 2) 引出激光器速率方程 3) 不同類型展寬類型激光介質的增益特性 本章主要介紹光與物質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制，使每一能級都有一定的寬度，造成自發(fā)輻射的頻率不單一 分布在一定頻率范圍內 該范圍內不同頻率處發(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的自發(fā)輻射功率與整個頻率范圍內的自發(fā)輻射總功率之比。, ASSAS ???? 2121 AS ??① 基態(tài) E1能級原子激發(fā)到高能級 E3上 (W13) E3粒子數(shù)密度 n3主要以無輻射躍遷 S32(熱馳豫 ) 形式極為迅速地轉移到激光上能級 E2。 當粒子抽運到 E2上的速率足夠高，形成集居數(shù)反轉狀態(tài)，腔內形成激光， E2和 E1間的受激輻射 W21和吸收躍遷 W12將占絕對優(yōu)勢。用于表示譜線的形狀。其次也以自發(fā)輻射 A3無輻射躍遷 S31等方式返回基態(tài)。, ASSAS ???? 2121 AS ??躍遷過程 ② 激光上能級 E2 為亞穩(wěn)能級 (長壽命 )，未形成激光時 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) 描述激光介質發(fā)射譜線功率隨頻率變化特性 ? ?0,~ ??g? ? ? ?PPg ??? ?0,~數(shù)學表示 性質 — 滿足歸一化 ? ? 1,~0 0 ???? ??? dg頻率 附近單位頻率間隔內的自發(fā)輻射功率 ?輻射總功率 頻率范圍內發(fā)射功率 21 ~??譜線寬度 (譜對稱時 ) ??? ? ? ?0000 ,~21,~2 ??????? gg ??????? ?00,~ ??g? ?00 ,~21 ??g0?20?? ?? 20?? ??? ?0,~ ??g 下降為最大值一半時 對應兩頻率間隔 (用右圖說明 ) 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每個原子都是等同的，每個發(fā)光原子都以整個線型發(fā)射，不能把線型函數(shù)上的某個特定頻率與某些特定原子聯(lián)系起來，或者說，每個發(fā)光原子對譜線內任一頻率都有 相同 貢獻。 n3趨于 0 三能級 系統(tǒng)的 單模振蕩速率方程組 ? ?31323131313 SSAnWndtdn ????? ? 212212121213232 WnASnWnSndtdn ?????nnnn ??? 321Rlll NWnWndtdN???? 121212ni : 第 i 能級上的粒子數(shù)密度 n : 工作物質的總粒子數(shù)密度 形式一 又因為： ? ?lNvW 02121 ,????? ? ? ? ll NvffNvW 0211201212 , ?????? ??代入方程組的第 4方程中