光電子學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)(1)(已改無錯(cuò)字)
2023-01-19 22:44:50 本頁(yè)面
【正文】 2112212121122133 exp1exp8BkThvBABNNBAkThvch???????激光的基本原理、特性和應(yīng)用 —— 愛因斯坦公式 112221221 )()( NvuBNANvuB TT ?? 21211221221112221)(BNNBANBNBNAvuT ???? ? ? ? ? 1exp8,4)( 330 ?? kThvchTcvT???? ? ?kThvkTEENN exp]/)exp[( 1221 ???普朗克黑體輻射公式 玻爾條件 激光的基本原理、特性和應(yīng)用 —— 愛因斯坦公式 至此可以看出： ? A2 B1 B21三個(gè)愛因斯坦系數(shù)是 相互關(guān)聯(lián) 的 ， 它們之間存在著內(nèi)在的聯(lián)系 ， 決不是相互孤立的； ? 對(duì)一定原子體系而言 ， 自發(fā)輻射系數(shù) A與受激輻射系數(shù) B之比正比于頻率 υ的三次方 ， 因而 E1與 E2能級(jí)差越大 ， υ就越高 ， A與 B的比值也就越大 ，也就是說 υ越高越易自發(fā)輻射 ， 受激輻射越難 ， 一般地 ， 在熱平衡條件下 ，受激輻射所占比率很小 ， 主要是自發(fā)輻射 。 激光的基本原理、特性和應(yīng)用 —— 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和光放大 ? （ 1）當(dāng) （ N2/N1）＜ 1時(shí)，粒子數(shù)按 波爾茲曼正則分布。此時(shí)有 dN12＞ dN21，宏觀效果表現(xiàn)為光被吸收。 ? （ 2） 當(dāng) （ N2/N1）＞ 1時(shí)，高能級(jí) E2上的粒子數(shù) N2大于低能級(jí) E1上的粒子數(shù) N1，出現(xiàn)所謂的“ 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布 ”情況。形成激光的必要條件。 此時(shí)有 dN21＞ dN12，宏觀效果表現(xiàn)為光被放大，或稱光增益。 ? 能造成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的介質(zhì)稱為激活介質(zhì)或增益介質(zhì)。 激光的基本原理、特性和應(yīng)用 —— 激光器的基本結(jié)構(gòu) 激勵(lì)能源 激活介質(zhì) 光學(xué)諧振腔 R→ 100% R為 80%~90% 使入射光得到放大，是 核心 供給工作物質(zhì)能量 只讓與反射鏡軸向平行的光束能在激活介質(zhì)中來回地反射，連鎖式地放大。最后形成穩(wěn)定的激光輸出。 光抽運(yùn) 激光束 激光的基本原理、特性和應(yīng)用 —— 激活介質(zhì)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)與增益系數(shù) 無輻射躍遷 無輻射躍遷抽運(yùn)抽運(yùn)抽運(yùn)抽運(yùn)激勵(lì)激勵(lì)E 3E 0E 2E 3A 21 E1E 2E 1A 21B 12B 12B 21B 21三能級(jí)圖 四能級(jí)圖亞穩(wěn)態(tài) 基態(tài) 激發(fā)態(tài) 三能級(jí)系統(tǒng)原理 ? E1為基態(tài) ， E E3 為激發(fā)態(tài) ， 中間能級(jí) E2為亞穩(wěn)態(tài) 。 在泵浦作用下 ， 基態(tài) E1的粒子被抽運(yùn)到激發(fā)態(tài) E3上 ， E1上的粒子數(shù) N1隨之減少 。 但由于 E3能級(jí)的壽命很短 ， 粒子通過碰撞很快地以無輻射躍遷 的方式轉(zhuǎn)移到亞穩(wěn)態(tài) E2上 。 由于 E2態(tài)壽命長(zhǎng) ， 其上就累積了大量的粒子 ， 即 N2大于 N1，于是 實(shí)現(xiàn)了亞穩(wěn)態(tài) E2與基態(tài) E1間的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布 。 四能級(jí)系統(tǒng)原理 ? 三能級(jí)激光器的效率不高 ， 原因是抽運(yùn)前幾乎全部粒子都處于基態(tài) ， 只有激勵(lì)源很強(qiáng)而且抽運(yùn)很快 ， 才可使 N2 N1 ， 實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn) 。 ? 四能級(jí)系統(tǒng)是使系統(tǒng)在兩個(gè)激發(fā)態(tài) E E1之間實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn) 。 因?yàn)檫@時(shí)低能級(jí) E1 不是基態(tài)而是激發(fā)態(tài) ， 其上的粒子數(shù)本來就極少 ， 所以只要亞穩(wěn)態(tài) E2上的粒子數(shù)稍有積累 ， 就容易達(dá)到 N2 大于 N1， 實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布 ， 在能級(jí) E2 、 E1 之間產(chǎn)生激光 。 于是 ， E3 上的粒子數(shù)向 E2 躍遷 ， E1上的粒子數(shù)向 E0 過渡 ， 整個(gè)過程容易形成連續(xù)反轉(zhuǎn) ， 因而四能級(jí)系統(tǒng)比三能級(jí)系統(tǒng)的效率高 。 激光的基本原理、特性和應(yīng)用 —— 諧振與閾值 M1(R1,T1) M2(R2,T2) L I1 反射率分別為 R R2，透射率分別為 T T2 ? ?GLII exp12 ?
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