激光原理與技術(shù)第一章(編輯修改稿)
2024-09-11 22:56 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 輻射稱為熱輻射 . 激光原理與 技術(shù) 黑體輻射或平衡輻射 : 黑體處于某一溫度 T的熱平衡情況下 ， 則它所吸收的輻射能量應(yīng)等于發(fā)出的輻射能量 ， 即黑體與輻射場(chǎng)之間應(yīng)處于能量 (熱 )平衡狀態(tài) 。 顯然 ， 這種平衡必然導(dǎo)致空腔內(nèi)存在完全確定的輻射場(chǎng) 。 這種輻射場(chǎng)稱為黑體輻射或平衡輻射 。 單色能量密度 ?? ： 在單位體積內(nèi)，頻率處于 ? 附近的單位頻率間隔中的電磁輻射能量。量綱為 [焦耳 米 － 3秒 ] 激光原理與 技術(shù) 普朗克量子化假設(shè)及黑體輻射普朗克公式 ： ? 腔內(nèi)單位體積內(nèi)，頻率處于 ? 附近的單位頻率間隔中的光波模式數(shù)： 238vvnc??每個(gè)模式的平均能量為： 1hvkThvEe??33811v hvkThvce?? ??激光原理與 技術(shù) 二、受激輻射和自發(fā)輻射概念 輻射場(chǎng) ??是構(gòu)成黑體的物質(zhì)原子相互作用的結(jié)果，為簡(jiǎn)化問題，我們只考慮原子的兩個(gè)能級(jí) E1和 E2， 并有 21E E hv?? 單位體積內(nèi)處于兩能級(jí)的原子數(shù)分別用 n2和 n1表示 激光原理與 技術(shù) 自發(fā)輻射 (spontaneous radiation) 設(shè) n1 、 n2 — 單位體積中處于 E1 、 E2 能級(jí)的原子數(shù)。 單位體積中單位時(shí)間內(nèi)， 從 E2 ? E1自發(fā)輻射 的原子數(shù)： 21 2dn ndt?? ?????自 發(fā)E2 E1 n2 n1 h? 激光原理與 技術(shù) 寫成等式 2121 2dn Andt?? ?????自 發(fā) Ａ 21 ? 自發(fā)輻射系數(shù)，單個(gè)原子在單位 時(shí)間內(nèi)發(fā)生自發(fā)輻射過程的概率。 各原子自發(fā)輻射的光是獨(dú)立的、 無關(guān)的 非相干光 。 激光原理與 技術(shù) 受激輻射 (stimulated radiation) E2 E1 n2 n1 全同光子 h? 設(shè) ?（ ?、Ｔ ） …… 溫度為 Ｔ 時(shí) , 頻率為 ? = (E2 E1) / h附近，單位頻率間隔的 外來光的能量密度。 激光原理與 技術(shù) 單位體積中單位時(shí)間內(nèi)，從 E２ ? E１ 受激輻射的原子數(shù)： 212()dn Tndt???? ????? 受 激、寫成等式 ? ?21 21 2dn B T ndt???? ?受 激、 B21? 受激輻射系數(shù) 激光原理與 技術(shù) W21 ? 單個(gè)原子在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生 受激輻射過程的概率。 2121 2dnWndt?? ????? 受 激則 受激輻射光與外來光的頻率、偏振方向、 相位及傳播方向均相同 有光的放大作用。 令 W21 = B21 ?（ ?、 T） 激光原理與 技術(shù) 吸收 (absorption) E2 E1 n2 n1 h? 上述外來光也有可能被吸收， 使原子從 E1?E2。 單位體積中單位時(shí)間內(nèi)因吸收外來光而從 E1?E2 的原子數(shù)： ? ?12 1,dn Tndt???? ????? 吸 收激光原理與 技術(shù) 三、 A21, B12 ,B21 的相互關(guān)系 熱平衡狀態(tài)的標(biāo)志是： 1．腔內(nèi)存在著熱平衡黑體輻射。 2．腔內(nèi)物質(zhì)原子數(shù)按能級(jí)分布應(yīng)服從熱平衡狀態(tài)下的玻爾茲曼分布 ? ?212211EEKTng eng???2 1 2 1 1 2s p s t s td n d n d nd t d t d t? ? ?
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