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2025-02-21 20:28本頁面
【正文】 ? cAcALAV cccccc 相干面積 : cAx???R P?S1 S2 zP?Lx 事例：雙縫干涉實驗中的條紋可見度要高，必須要求光波有明顯的相干性，即要滿足 : xLRx ???物理意義 :光源的線度 不能大于 ! x?xLR?22 ????????? xRLAxc?則相干面積為： 說明： R、 固定時， 越大，則相干面積 Ac越小。 k? ??? ?2?? ?物理意義 :要使傳播方向限于 以內(nèi)并有頻帶寬度 的光波明顯相干，則光源的體積應(yīng)限制在 以內(nèi)。 結(jié)論 ① 相格空間體積 =一個光波?；蚬庾討B(tài)占有的空間體積 =光源的相干體積。 二、光子簡并度 對好的相干光源的衡量標準 盡可能高的相干光強，足夠大的相干面積，足夠長的相干時間（或相干長度）。 相干光強：是描述光的相干性的參量之一，其大小取決于具有相干性的光子數(shù)的數(shù)目或同態(tài)光子的數(shù)目。用 表示。 光子簡并度的等效含義 光子簡并度 =同態(tài)光子數(shù) =同一光波模式內(nèi)的光子數(shù) =同一相干體積內(nèi)的光子數(shù) =同一相格內(nèi)的光子數(shù)。 每一個能量狀態(tài)稱為原子的一個能級 ， 其中最低的能級稱為基態(tài) ， 高于基態(tài)的能級稱為激發(fā)態(tài) 。 3 激光原理 當(dāng) E2E1時 ， N2N1。 一般地 ， 在熱平衡狀態(tài)下 ， 幾乎所有的原子都處于最低能態(tài) —— 基態(tài) 。 (1) 自發(fā)輻射 處于高能級上的原子 ， 總是會自發(fā)地躍遷到低能級上 ， 伴隨輻射出一個頻率為 n 的光子 ， 稱為光的自發(fā)輻射 。 自發(fā)輻射光子的能量和頻率分別滿足： 處于低能級上的原子 ， 受到頻率為 n的入射光照射時 ， 有可能吸收一個光子的能量而躍遷到相應(yīng)的高能級上 ， 稱為光的受激吸收 ， 且有 (2) 受激吸收 自發(fā)輻射 、 受激輻射和受激吸收 處于 E2能級上的原子 ， 在受到頻率 n 正好滿足 hn=E2E1的入射光子的作用時 ，有可能自所處 E2能級躍遷到 E1能級 ， 并輻射一個同頻率的光子 。 ② 受激輻射與受激吸收 互為逆過程 ，兩者同時發(fā)生，同時存在。 即 由玻耳茲曼分布律得： 愛因斯坦公式 比較兩式可得愛因斯坦公式： 說明：愛因斯坦公式為激光的發(fā)明奠定了理論基礎(chǔ) 由普朗克量子輻射公式可以證明： 愛因斯坦公式 當(dāng)頻率為 n 的光波通過具有能級差 E2E1=hn 的介質(zhì)時 ， 將同時發(fā)生受激吸收和受激輻射 。 說明： ① 粒子數(shù)布居反轉(zhuǎn)分布只有在非平衡狀態(tài)下才能達到 粒子數(shù)布居反轉(zhuǎn)： N2N1， dN21dN12。 意義：光波在處于粒子數(shù)布居反轉(zhuǎn)分布的介質(zhì)中傳播時 ， 介質(zhì)受激輻射的光子數(shù)大于受激吸收的光子數(shù) ， 宏觀效果表現(xiàn)為光放大或光增益 。 由于自發(fā)輻射 ， 能級 E2上的粒子數(shù) N2將隨時間減少 ， 在 dt內(nèi)的改變量： 意義： E2上粒子數(shù) N2的減少量與自發(fā)輻射幾率系數(shù) A21的大小有關(guān) ， 經(jīng)過t=1/A21時間后 ， 將減少到初始值的 1/e。 能級壽命 說明：若在能級 E2以下有若干個低能級 ， 則能級 E2的壽命應(yīng)等于該能級到各個低能級自發(fā)輻射幾率系數(shù)之和的倒數(shù) ， 即 結(jié)論：自發(fā)輻射系數(shù)越小，自發(fā)輻射的過程就越慢，粒子數(shù)在該能級的壽命就越長，原子處在該狀態(tài)就越穩(wěn)定。因原子的碰撞和外界干擾，能級的實際壽命要比其自然壽命短幾個數(shù)量級。 激光器：能夠?qū)崿F(xiàn)受激輻射產(chǎn)生和放大的器件或裝置 。 激光放大器 ：自身不具有光學(xué)諧振腔 ， 只能使來自其他激光器輸出的激光信號通過增益介質(zhì)而獲得單次或有限次的行波式放大 。 增益介質(zhì) 激勵源 光學(xué)諧振腔 說明：僅有激勵源 、 增益介質(zhì)和光學(xué)諧振腔還不一定能輸出激光 。 激光器的基本結(jié)構(gòu) 激勵源 光學(xué)諧振腔 增益介質(zhì) 激光輸出 激光振蕩器的主要組成：
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