激光器系列實驗(編輯修改稿)
2025-08-28 15:06 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 離子激光器等。它的優(yōu)點為輸出波長連續(xù)可調(diào)，且覆蓋面寬因此也得到廣泛應(yīng)用。 激光的原理 1. 受激吸收和自發(fā)輻射 普通常見光源的發(fā)光（如電燈、火焰、太陽等發(fā)光）是由于物質(zhì)在受到外來能量（如光能、電能、熱能等）作用時，原子中的電子就會吸收外來能量而從低能級躍遷到高能級，即原子被激發(fā)。激發(fā)的過程是一個“受激吸收”過程。處在高能級（ E2)的電子壽命很短（一般為 108～ 109秒），在沒有外界作用下會自發(fā)地向低能級（ E1）躍遷，躍遷時將產(chǎn)生光（電磁波）輻射。輻射光子能量為 hυ=E2E1 激光原理 這種輻射稱為自發(fā)輻射。原子的自發(fā)輻射過程完全是一種隨機過程，各發(fā)光原子的發(fā)光過程各自獨立，互不關(guān)聯(lián)，即所輻射的光在發(fā)射方向上是無規(guī)則的射向四面八方，另外初始位相、偏振狀態(tài)也各不相同。由于激發(fā)能級有一個寬度，所以發(fā)射光的頻率也不是單一的，而有個范圍。 在通常熱平衡條件下，處于高能級 E2上的原子數(shù)密度 N2，遠(yuǎn)比處于低能級的原子數(shù)密度低，這是因為處于能級 E的原子數(shù)密度 N的大小時隨能級 E的增加而指數(shù)減小，即 N∝ exp(E/kT)，這是著名的波耳茲曼分布規(guī)律。于是在上、下兩個能級上的原子數(shù)密度比為 激光原理 N2/N1∝ exp{(E2E1)/kT} 式中 k為波耳茲曼常量， T為絕對溫度。因為 E2E1，所以 N2《 N1。例如，已知氫原子基態(tài)能量為 E1＝－，第一激發(fā)態(tài)能量為 E2= ，在 20℃ 時，kT≈，則 N2/N1∝ exp（－ 400） ≈0 可見，在 20℃ 時，全部氫原子幾乎都處于基態(tài)，要使原子發(fā)光，必須外界提供能量使原子到達(dá)激發(fā)態(tài)，所以普通廣義的發(fā)光是包含了受激吸收和自發(fā)輻射兩個過程。一般說來，這種光源所輻射光的能量是不強的，加上向四面八方發(fā)射，更使能量分散了。 激光原理 受激輻射和光的放大 由量子理論知識知道，一個能級對應(yīng)電子的一個能量狀態(tài)。電子能量由主量子數(shù) n(n=1,2,… ）決定。但是實際描寫原子中電子運動狀態(tài)，除能量外，還有軌道角動量 L和自旋角動量 s，它們都是量子化的，由相應(yīng)的量子數(shù)來描述。對軌道角動量，玻爾曾給出了量子化公式Ln＝ nh，但這不嚴(yán)格，因這個式子還是在把電子運動看作軌道運動基礎(chǔ)上得到的。嚴(yán)格的能量量子化以及角動量量子化都應(yīng)該由量子力學(xué)理論來推導(dǎo) 激光原理 量子理論告訴我們，電子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時只能發(fā)生在 l（角動量量子數(shù)）量子數(shù)相差 177。 1的
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