精簡修改版章ppt課件(參考版)
2025-05-06 03:12本頁面
【正文】 ? ?? ?2 2 22 2 1 21 0211 1 2 21 2 1 21 01 21 1,lldn n gR n n Ndt gdn n n gR n n Ndgvtv? ? ??? ? ???? ??? ? ? ?? ??? ? ?????? ? ? ? ???????。 lln N V?? ?2 1 021,lAgWnnV???? ? ?2 1 021 ,llAgW an n V?????、受激輻射和受激吸收幾率 ? 上面的概念可以用來近似求出工作物質(zhì)的受激躍遷幾率，例如固體激光器工作物質(zhì)中的譜線線型很難從理論上推導(dǎo)，可以先用實驗得出 A21； ? 怎么測量？ ? 如果其譜線寬度為 ，假設(shè)躍遷幾率平均分配在所有模式上，即 g(ν,ν0)=1/Δν ，則可以得到： ? 于是： ? ?2 1 2 10,l AAagn V n V???? ??? ?21 2121ll l lAn AW a n Nn V n n V??? ? ??2 2 2 11 2 2 111lg g AW W Ng g n V??? ? 三能級系統(tǒng)速率方程 – W13為抽運幾率 – A31為自發(fā)輻射幾率 – S3 S31為熱馳豫 (無輻射躍遷 )幾率 – S31S3 A31S32 – S32遠大于 S31和 A31，基態(tài) E1上的粒子被抽運到 E3態(tài)后，會迅速通過 S32到達 E2能級； – E2能級粒子壽命較長，被稱為亞穩(wěn)態(tài)，當(dāng)沒有形成受激輻射時，會主要以較小的 A21回到基態(tài)，因此可以在 E2和 E1間形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)； – 一旦形成受激輻射，則 W12和 W21將占絕對優(yōu)勢。,stdnn W d n B g ddtn B g dn B g?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ???? ? ? ??????????????????? ?12 1 0 1 2,stdn n g Bdt ? ? ??? ?????同 理、受激輻射和受激吸收幾率 ? 激光器中光場的能量密度 ρ 同第 l模內(nèi)的光子數(shù)密度 Nl的關(guān)系為： lNh????321 21 38vBAh???238vn? ???12Anh? ??黑體單位 體積中頻 率 ν 附近 單位頻率 間隔中的 模式數(shù) v c??工作物質(zhì) 內(nèi)的光速 ? ? ? ?212 1 2 1 0 2 1 0, llAW B g N Nn??? ? ? ? ???? ? ?? ? ? ?2 2 2 11 2 2 1 0 1 2 011, llg g AW W g N Ng g n v?? ? ? ? ?? ? ?、受激輻射和受激吸收幾率 ? 其中的 被稱為發(fā)射截面； ? 被稱為吸收截面；他們具有面積的量綱；在 ν =ν 0處他們有最大值，均勻加寬工作物質(zhì)中為洛侖茲線型時最大值： ? 非均勻加寬為高斯線型時最大值： ? ? ? ?2211 2 0 020,8 vA g? ? ? ? ????? ? ? ?22 2 11 2 0 0210, 8 vgA gg? ? ? ? ????22121 2204 Hv A?? ? ?? ?22121 3 / 2 20l n 24 DAv?? ? ???、受激輻射和受激吸收幾率 ? 若光腔體積為 V，則光腔內(nèi)第 l個模內(nèi)的光子數(shù) nl為： ? 則 ? A21g(ν,ν0)表示分配到頻率 ν處單位頻率間隔內(nèi)的自發(fā)輻射幾率， nνV為 光腔中頻率 ν附近單位頻率間隔中的模式數(shù)，則 A21g(ν,ν0)/ nνV表示分配在光腔內(nèi)一個模式上的自發(fā)輻射躍遷幾率，用 al表示。, 39。, 39。 39。 ? 當(dāng)單色光的頻率等于原子發(fā)光譜線的中心頻率時，有最大的受激輻射躍遷幾率，隨著頻率逐漸遠離中心頻率，躍遷幾率逐漸減小。? ???39。dd?? ? ?? ? ? ? ????? ??? ? ???? ?039。 39。??? ?? ?? ?39。 – 在低溫時，主要表現(xiàn)為晶格缺陷，屬于非均勻加寬； – 在高溫時，主要表現(xiàn)為晶格熱振動，屬于均勻加寬； – 紅寶石晶體中非均勻加寬為主，Nd： YAG中均勻加寬為主。 39。DHg g g d? ? ? ? ? ? ????? ?HD??? ?? ? 0 39。, , 39。 39。 0???? ? ? ? ? ?0 2 21 0 0 0 039。DHP d d h n g A g d? ? ? ? ? ? ? ? ????? ? ? 在譜線范圍內(nèi)有 ，可以將 hν用 hν0來代替： ? 按定義：綜合加寬線型函數(shù)： ? A、當(dāng) 時，上式只在 附近才有非零值： ? 表明只有表觀中心頻率 ν0’=ν的部分原子才對譜線中的頻率為 ν的部分有貢獻。, , 39。 , 39。Dn d n g d? ? ? ? ??? ? ? ?2 0 0 0 2 1 039。 39。d? ? ?? ? ? ? ?2 0 0 2 0 0 039。 ~ 39。 ? 綜合加寬指的是由均勻加寬和非均勻加寬共同作用引起的原子發(fā)射譜線加寬現(xiàn)象。 – 需要注意的是在固體工作物質(zhì)中，不存在多普勒加寬，但存在一系列引起非均勻加寬的其它物理因素（如位錯、空位等晶格缺陷）。 2 2 1 0P n A h??? ? ? ? ? ?0 2 2 1 0 2 1 2 0,DP d h n A d h A n g d? ? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ?0,/Dg P P? ? ??? ? ? ?2 20201 2200, 2mcKTDcmgeKT????? ????????????? ????0? ?? ?0,Dg ??? ?00,Dg ??? ?00, / 2Dg ??D?? ? 當(dāng) ν =ν 0時有最大值： ? 其半寬度為： 也稱為多普勒線寬。 ? 多普勒加寬 – 自發(fā)輻射的光功率為： – 如果不考慮均勻加寬，每個原子自發(fā)輻射的頻率 ν 精確等于原子的中心頻率 ν 0’。d?? ?0 39。, 2mcKTDcmgeKT????? ????????????? ????? ?0 39。2mcKTmcKTcmdn n d n e dKTcmdn n d n e dKT??????? ? ? ???? ? ? ????????????????????????? ??? ?????
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