【正文】 不同的物質(zhì)具有不同的逸出功 ，即每一個(gè)物體都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的光頻閾值 ， 稱為紅限頻率或波長限 。 在激光穩(wěn)定階段 即 光強(qiáng)增大到一定程度后 須 I2 / I0 = 1 兩個(gè)問題： （ 1）、在激光的形成階段 G Gm , 光放大，怎么光強(qiáng)不會(huì)無限放大下去？ 原因是實(shí)際的增益系數(shù) G不是常量 ,當(dāng) I? 時(shí)，會(huì) G?。 E2與 E1 之間實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。 。 1959年 ， 湯斯提出制造紅寶石激光器的建議 1960年，加州休斯實(shí)驗(yàn)室的梅曼制成了第一臺(tái)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(jiǎng) 1961年 8月，我國第一臺(tái)紅寶石激光器在長春光機(jī)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(jī)（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(shí) , 原子的能級(jí)發(fā)生改變 : ? 原子可以從高能級(jí)躍遷到低能級(jí) , 釋放出能量 . ? 原子可以吸收光子從低能級(jí)躍遷到高能級(jí) . 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(yùn)動(dòng)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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 。在應(yīng)用中往往規(guī)定，從激發(fā)停止時(shí)的發(fā)光強(qiáng)度 I0衰減到 I0/10的時(shí)間稱為余輝時(shí)間，根據(jù)余輝時(shí)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(gè)范圍。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。 拉曼散射： 光通過材料時(shí)由于入射光與分子運(yùn)動(dòng)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) 。散射結(jié)果只是把光子彈射到不同的方向上去，并沒有改變光子的能量。 Mc和 Ma分別為陽離子和陰離子質(zhì)量。 從圖中可見 ， 在電磁波譜的可見光區(qū) ， 金屬和半導(dǎo)體的吸收系數(shù)都是很大的 。 ② 增加反射損失的實(shí)例 為了調(diào)節(jié)玻璃的 n， 常在玻璃表面涂以一定厚度的和玻璃 n不同的透明薄膜 ， 使玻璃表面的 m增加或減少 。 測定材料中內(nèi)應(yīng)力的大小，常采用測定雙折射的光程差的大小。 3 21211221vvnnnis inis in ?????? cv() () 根據(jù) (5． 1)式和 (5． 3)式可得 : 由于在無機(jī)材料這樣的電介質(zhì)中 ， μ=1， ε≠l ∴ （ ） （ 2） 極化率與離子半徑的關(guān)系 當(dāng)光通過材料時(shí) ， 必然引起內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的極化 （ 變形 ） ， 在可見光范圍內(nèi) ， 這種變化表現(xiàn)為離子或核外電子云的變形 ， 而且 ，隨著光波電場的交變 ， 電子云也反復(fù)來回變形 。 （ 2） 相對(duì)折射率 材料相對(duì)于空氣的折射率稱為相對(duì)折射率： n′=va/v材料 （ 3） 絕對(duì)折射率與相對(duì)折射率的關(guān)系 ∵ n= c/v材料 則 v材料 = c/ n 又 ∵ 空氣的絕對(duì)折射率為： na= c/va ， 則 va= c/ na ∴ 因此， n=na 例如含Pb090％ (體積 )的鉛玻璃 n=。 ① 減少反射損失的實(shí)例 由于陶瓷 、 玻璃等材料的折射率較空氣的大 ， 所以反射損失嚴(yán)重 。 Eg越小 ，吸收的光的波長愈長 ， 呈現(xiàn)的顏色愈深；反之 ， 能級(jí)差 Eg愈大 ，吸收光的波長愈短 ， 則呈現(xiàn)的顏色愈淺 。即在紅外區(qū)的吸收峰是因?yàn)殡x子的彈性振動(dòng)與光子輻射發(fā)生諧振消耗能量所致 。 如果將吸收定律與散射規(guī)律的式子統(tǒng)一起來 ， 則可得到： () 20 xseII ???0xsaeII )(0?? ???彈性散射和非彈性散射 根據(jù)散射前后光子能量（或光波波長）變化與否，可以分為 彈性散射和非彈性散射 兩大類。 布里淵散射線： 瑞利散射線兩側(cè)的兩條譜線，與瑞利線的頻差一般在 1011cm1。 熒光 ：被激發(fā)的電子跳回價(jià)帶時(shí)，同時(shí)發(fā)射光子 磷光 ：含有雜質(zhì)，并在能隙中建立施主能級(jí)，當(dāng)激發(fā)的電子從導(dǎo)帶跳回價(jià)帶時(shí)，首先跳到施主能級(jí)并被捕獲。 設(shè)某時(shí)刻共有 n個(gè)電子處于激發(fā)態(tài)，則在 dt時(shí)間內(nèi)躍遷到基態(tài)的電子數(shù) dn正比于 ndt，即 ndtdn ???式中 ?表示在單位時(shí)間內(nèi)躍遷到基態(tài)的概率。通常復(fù)合發(fā)光采用半導(dǎo)體材料，并且以摻雜的方式提高發(fā)光效率。 。 (2) 原子的上能級(jí) E2的平均壽命要長 (亞穩(wěn)態(tài) )，即工作物質(zhì)內(nèi)必須存在亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)。 I0 輸出 全反射鏡 部分反射鏡 I1 L I2 ? 再經(jīng)過工作物質(zhì)，并被左反射鏡反射 出發(fā)時(shí)的光強(qiáng)。按磁化強(qiáng)度和入射面的相對(duì)取向來區(qū)分克爾效應(yīng)還可分成極向、橫向和縱向三類。 EEP ??? ??? ?? 0非線性光學(xué) 強(qiáng)光入射介質(zhì)時(shí) ????? 32 EEEP ???、非線性晶體 tc o sEtc o sEE ????? 22121 20220 ???倍頻和混頻 當(dāng)激光與非線性介質(zhì)作用，入射光通過介質(zhì)后，其 輸出頻率較入射頻率有所變化 ，會(huì)出現(xiàn)倍頻光、和頻光與差頻光。 通常稱 為閾值條件。 不平行于軸向的光，經(jīng)有限次反射后，很快逸出腔外 . 平行于軸向的光，始終能保持在腔內(nèi)，經(jīng)多次反射，使激活物質(zhì)產(chǎn)生新的受激輻射而獲得“雪崩式”放大，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的激光。 。 ?（ ?,T） ——有光的放大作用。選擇不同的發(fā)光中心和不同的基質(zhì)組合，可以改變發(fā)光體的發(fā)光波長，調(diào)節(jié)其光色。所有，材料的發(fā)光特性主要從 發(fā)射光譜、激發(fā)光譜、發(fā)光壽命和發(fā)光效率進(jìn)行評(píng)價(jià)。固體中常常通過人為的方法摻雜一些與基質(zhì)不同的成分，以改善固體的發(fā)光性能。如粉筆灰顆粒的尺寸對(duì)所有可見光波長均滿足這一條件，所以，粉筆灰對(duì)白光中所有單色成分都有相同的散射能力，看起來是白色的。其軌道半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原子間隔。 2）紫外區(qū)（ 10～ 400nm） 對(duì)于一般無色透明的材料 （ 如玻璃 ） 的紫外吸收現(xiàn)象比較特殊 ，不同于離子著色 ， 并不出現(xiàn)吸收峰 ， 而是一個(gè)連續(xù)的吸收區(qū) 。 這就是光的吸收 。 m（ %） +A（ %） +T（ %） =100% 1） 反射系數(shù)的定義 10 設(shè)光的總能量流 w為 W=W′+W″ （ ） W， W′， W″分別為單位時(shí)間通過位面積的入射光 、 反射光和折射光的能量流 。 雙折射：當(dāng)一束光通過一個(gè)介質(zhì)時(shí) ， 分為振動(dòng)方向相互垂直 、 傳播速度不等的兩個(gè)波 ， 它們分別構(gòu)成兩條折射光線的現(xiàn)象 。 折射率定義為：光在真空和材料中的速度之比 。 ② 石英玻璃 常溫下的石英玻璃 ， n =， 數(shù)值最小 。 13 m1WW1WW ???????（ 2） 光線通過 x塊 、 2塊玻璃板的透射 設(shè)一塊折射率 n= ， 光反射損失為 m=， 透過部分為 1－ m=。 2． 光吸收與光波長的關(guān)系 根據(jù)光的波長 ， 可將光進(jìn)行如下劃分： γ射線 ——X射線 ——紫外光 （ 10～ 400nm） ——可見光 (400～760nm)——紅外光 (760～ 106nm)——無線電波 1)可見光區(qū) （ 400～ 760nm） 如果材料對(duì)光譜內(nèi)各波長的光吸收不等 ， 有選擇性 ， 則由玻璃出來的光線必定改變了原來的光譜組成 ， 就獲得了有顏色的光 。 從式中可見 ， 禁帶寬度 （ Eg） 大的材料 ， 紫外吸收端的波長比較小 。 散射現(xiàn)象也是由于介質(zhì)中密度的均勻性的破壞而引起的 。 瑞利散射并非氣體介質(zhì)所特有。 歷史上人們曾以發(fā)光持續(xù)時(shí)間的長短分為兩個(gè)過程，把物質(zhì)在受激發(fā)時(shí)的發(fā)光稱為 熒光 ，而把激發(fā)停止后的發(fā)光稱為 磷光 。對(duì)發(fā)光沒有貢獻(xiàn)的吸收