【正文】 是不會(huì)在激發(fā)光譜上得到反映的。 晶格場對發(fā)光離子的影響： （ 1）影響光譜結(jié)構(gòu) （ 2）影響光譜的相對強(qiáng)度 （ 3）影響發(fā)光壽命 （ 2）復(fù)合發(fā)光 復(fù)合發(fā)光與分立中心發(fā)光最根本的區(qū)別在于，復(fù)合發(fā)光時(shí)電子的躍遷涉及固體的能帶。 。 ——克服受激輻射和吸收的 矛盾 . ? ? 22122121 , NWNTBdtdN ???????? ??受激? ? 11211212 , NWNTBdtdN ???????? ??吸收從 E2 → E1 自發(fā)輻射的光，可能引起受激輻射過程，也可能引起吸收過程。為簡單起見，先近似地認(rèn)為 G是常數(shù)。這些效應(yīng)均起源于物質(zhì)的磁化，在外磁場作用下呈現(xiàn)光學(xué)各向異性，使得通過材料的光波偏振態(tài)發(fā)生改變，反映了光與磁性物質(zhì)間的聯(lián)系 。 磷酸二氫鉀（ KDP）晶體 20世紀(jì) 70年代發(fā)現(xiàn)、 80年代得到廣泛應(yīng)用， 具有非常大的非線性光學(xué)系數(shù)（約為 KDP的 5～ 20倍）； 在室溫下能實(shí)現(xiàn)相位匹配，對溫度和角度變化不敏感； 在 ～ ?m波段內(nèi)透光性能良好； 機(jī)械性能優(yōu)良，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不潮解，耐高溫， 主要用于 YAG激光器的腔內(nèi)、腔外倍頻， 以便獲得高功率的綠色激光光源。一般要求芯料的透光率高，在纖芯外面覆蓋直徑 100150?m的包層和涂覆層。 光學(xué)諧振腔的 作用 ： (3) 使激光具有極好的方向性 ,只沿軸線發(fā)射 。 物質(zhì)處于熱平衡態(tài)時(shí) ， 處在較低能級(jí) E1的粒子數(shù)必大于處在較高能級(jí) E2的粒子數(shù) 。 處于熱平衡下的粒子 ,滿足玻耳茲曼分布 kTEnnN ?? e 若 E2 E 1，則兩能級(jí)上的原子數(shù)之比 : 1e1212 ????kTEENN 即能級(jí)越高 ,粒子數(shù)越少 . 數(shù)量級(jí)估計(jì)： T ～ 103 K； kT～ 1020 J ～ eV。發(fā)光中心與晶體點(diǎn)陣之間相互作用的強(qiáng)弱又可以分成兩種情況： 1）發(fā)光中心基本上是孤立的 。 400 450 500 550 600 650 7001 0 0 001000202230004000500060007000intensity (a.u)w a v e l e n g t h (n m ) Y AG : T b400 450 500 550 600 6500100200300400intensity (a,u)w a v e l e n g t h (n m ) Y BO 3 : T b（ 2） 激發(fā)光譜 ：材料發(fā)射某一種特定譜線（或譜帶）的發(fā)光強(qiáng)度隨激發(fā)光的波長而變化的曲線。 （ 2） 處于激發(fā)態(tài)的電子自發(fā)地向低能態(tài)躍遷，同時(shí)發(fā)射光子 。 （三）瑞利（ Rayleidl）散射 當(dāng)散射中心的線度 d遠(yuǎn)小于入射光的波長 ?時(shí)， ?=4，即散射光強(qiáng)度與波長的 4次方成反比（ Is=?4）。 能產(chǎn)生激子的光吸收稱為激子吸收。 當(dāng)光子能量達(dá)到禁帶寬度時(shí) ， 電子就會(huì)吸收光子能量從滿帶 （ 基態(tài) ） 躍遷到導(dǎo)帶 （ 激發(fā)態(tài) ） ， 此時(shí)吸收系數(shù)將驟然增大 。 此式稱為朗伯特定律 。 由于反射波的傳播速度及橫截面積都與入射波相同 ， 所以： A′， A分別為反射波和入射波的振幅 。 ② 非常光折射率 ne 與入射面垂直的光線的折射率 ， 稱為非常光折射率 。 光傳播的基本理論 一、光的波粒二象性 ?hchvE ??根據(jù)電磁場的麥克斯韋方程組，可得出電磁波在介質(zhì)中的速度 rrcV???C為電磁波在真空中的傳播速度， ?r為介質(zhì)相對介電常數(shù)，?r為介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率，且 001???c?0， ?0為真空介電常數(shù)、磁導(dǎo)率 光在真空中的速度與介質(zhì)中的速度之比 nVc ?n稱為介質(zhì)常數(shù)，這個(gè)介質(zhì)常數(shù)決定了材料的光折射性質(zhì)，稱為介質(zhì)的折射率 二、光和物質(zhì)的相互作用 光子是傳遞電磁相互作用的基本粒子，是電磁輻射的載體。 非常光折射率的特性：它不遵守折射定律 ， 隨入射光的方向而變化 。 把光波振動(dòng)分為垂直于入射面的振動(dòng)和平行于入射面的振動(dòng) ，F(xiàn)resnel推導(dǎo)出 ： 11 2)AA(WW ??? （ ） )ri(si n)ri(si nAAWW222SS??????????? ???????? ??)ri(tg)ri(tgAAWW222rr// ??????????? ???????? ?（ ） （ ） 自然光在各方向振動(dòng)的機(jī)會(huì)均等 ， 可以認(rèn)為一半能量屬于同入射面平行的振動(dòng) ， 另一半屬于同入射面垂直的振動(dòng) ， 所以總的能量流之比為 : 當(dāng)角度很小時(shí) ， 即垂直入射時(shí)： 因?yàn)榻橘|(zhì) 2對于介質(zhì) l的相對折射率為： 故： n21 = i / r m 稱為反射系數(shù) 。 式中 ?a為物質(zhì)對光的吸收系數(shù) ， 其單位為 cm1。 此紫外吸收端相應(yīng)的波長可根據(jù)材料的禁帶寬度 Eg求得 : （ ） () 式中： h為普朗克常數(shù) ， h= l034J 激子吸收的能量比從價(jià)帶到導(dǎo)帶的本征吸收邊要小一些 不同材料的激子結(jié)合能相差很大。這一關(guān)系稱為瑞利散射定律。如果材料存在多個(gè)低能態(tài)，發(fā)光躍遷可以有多種渠道，那么材料就可能發(fā)射多種頻率的光子。能夠引起材料發(fā)光的激發(fā)波長也一定是材料可以吸收的波長。它的發(fā)光光譜與自由離子很相似。 E 2E 1～ 1eV。這樣光穿過工作物質(zhì)時(shí) ， 光的能量只會(huì)減弱不會(huì)加強(qiáng) 。 (4) 使激光具有極好的單色性（選頻性） . 對于可能有多種躍遷的情況，利用光的干涉條件 諧振腔的長度與波長滿足 : 2?kL ?不滿足此頻率的光將得不到加強(qiáng)而被淘汰 . 增益和損耗 激光器內(nèi)受激輻射光來回傳播時(shí)，并存著增益和損耗 增益 ——光的放大； 損耗 ——光的吸收、散射、衍射、透射（包括一端的部分反射鏡處必要 的激光輸出）等。包層的折射率比纖芯略低，并且要求芯料和涂料的折射率相差越大越好。 磷酸鈦氧鉀（ KTP）晶體 。包括法拉第效應(yīng)、克爾磁光效應(yīng)、塞曼效應(yīng)和科頓 木頓效應(yīng)。 一般 G不是常數(shù)。 這種分布正好與平衡態(tài)時(shí)的粒子分布相反 ， 稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布 ， 簡稱粒子數(shù)反轉(zhuǎn) 。 。這種情況下的發(fā)光性能與自由離子很不相同，必須把中心和基質(zhì)作為一個(gè)整體來分析。但是有的材料吸收光之后不一定會(huì)發(fā)光，就是說它能把吸收的能量轉(zhuǎn)化成熱能而消耗掉。在這個(gè)過程中，一部分多余的能量會(huì)通過光或熱的形式釋放出來。 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。 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 。 c為光速 。 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 。 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 。 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 =。 當(dāng)光從真空進(jìn)入較致密的材料時(shí) ,其速度是降低的 。 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 。 則 ， 反射系數(shù)為 m=W′/W 。 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′。 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