物理学 第五版 激光 一自发辐射受激辐射 1自发辐射 原子在没有外界干预的情况下,电子 会由处于激发态的高能级E自动跃迁到低 能级E1,这种跃迁称为自发跃迁.由自发 跃迁而引起的光辐射称为自发辐射. V=2 物理学应用介绍
激 光 物理学应用介绍 物理学 第五版 1 一 自发辐射 受激辐射 1 自发辐射 原子在没有外界干预的情况下，电子 会由处于激发态的高能级 自动跃迁到低 能级 ，这种跃迁称为自发跃迁. 由自发 跃迁而引起的光辐射称为自发辐射. E2 E1 h E2 − E1 =
物理学 第五版 激光 自发辐射 E 自发辐射 Whv E E 发光前 发光后 E2-E1 物理学应用介绍 2
激 光 物理学应用介绍 物理学 第五版 2 . E1 E2 发光前 . 。 E2 E1 h 发光后 自 发 辐 射 h E2 − E1 = 自发辐射
物理学 第五版 激光 2光吸收 原子吸收外来光子能量h1v,并从低能级 E1跃迁到高能级E2,且E2-E1=hv 这个过程称为光吸收 E 受激吸收 h E 吸收前 吸收后 物理学应用介绍
激 光 物理学应用介绍 物理学 第五版 3 2 光吸收 E1 原子吸收外来光子能量 ，并从低能级 跃迁到高能级 ，且 ， 这个过程称为光吸收. E2 E2 − E1 = h h 吸收后 。 . E2 E1 h 吸收前 . E1 受 E2 激 吸 收
物理学 第五版 激光 3受激辐射 原子中处于高能级E2的电子,会在外 来光子(其频率恰好满足hv=E,-E1)的 诱发下向低能级E1跃迁,并发出与外来光 子一样特征的光子,这叫受激辐射. 由受激辐射得到的放大了的光是相干 光,称之为激光. 物理学应用介绍
激 光 物理学应用介绍 物理学 第五版 4 3 受激辐射 由受激辐射得到的放大了的光是相干 光，称之为激光. 原子中处于高能级 的电子，会在外 来光子 (其频率恰好满足 ) 的 诱发下向低能级 跃迁，并发出与外来光 子一样特征的光子，这叫受激辐射. E2 E1 E2 E1 h = −
物理学 第五版 激光 受激辐射 M√ E Mhv ∧-hv E1 受激辐射的光放 发光前发光后 大示意图 物理学应用介绍
激 光 物理学应用介绍 物理学 第五版 5 . E1 E2 . E2 。 E1 发光前 发光后 h h h 受激辐射的光放 大示意图 受激辐射
物理学 第五版 激光 二激光原理 1粒子数正常分布和粒子数布居反转分布 N=Ce E:lkT N.→>E:N.→E NN=e -(E-E,/kT 已知E,>E N>N表明,处于低能级的电子数大于 高能级的电子数,这种分布叫做粒子数的 正常分布 物理学应用介绍
激 光 物理学应用介绍 物理学 第五版 6 二 激光原理 1 粒子数正常分布和粒子数布居反转分布 E kT i N C i / e − = Ni → Ei N j → Ej E E kT i j i j N N ( )/ / e − − = 已知 Ej Ei 表明 ，处于低能级的电子数大于 高能级的电子数， 这种分布叫做粒子数的 正常分布. Ni N j
物理学 第五版 激光 N>N,叫做粒子数布居反转,简称 粒子数反转或称布居反转 粒子数正常分布和粒子数布居反转分布 E . -N E>E E>E E N E 粒子数的正常分布粒子数反转分布 物理学应用介绍 7
激 光 物理学应用介绍 物理学 第五版 7 叫做粒子数布居反转，简称 粒子数反转或称布居反转. N j Ni 粒子数的正常分布 Ei Ej .... . 。。。。。。。。。。。。。 Ni N j Ej Ei 粒子数反转分布 Ej Ei ............. 。。。。。 N j Ni Ej Ei 粒子数正常分布和粒子数布居反转分布
物理学 第五版 激光 美国物理学家梅曼于1960年9月制成第 台红宝石固体激光器 激发态 亚稳态 E1 基态 红宝石中铬离子能级示意图 物理学应用介绍 8
激 光 物理学应用介绍 物理学 第五版 8 美国物理学家梅曼于1960年9月制成第 一台红宝石固体激光器. 红宝石中铬离子能级示意图 E1 E2 . 。 。 基态 亚稳态 激发态 E3
物理学 第五版 激光 2光学诸振腔激光的形成 光在粒子数反转的工作物质中往返传播, 使谐振腔内的光子数不断增加,从而获得 很强的光,这种现象叫做光振荡 加强光须满足驻波条件不 物理学应用介绍 9
激 光 物理学应用介绍 物理学 第五版 9 2 光学谐振腔 激光的形成 光在粒子数反转的工作物质中往返传播， 使谐振腔内的光子数不断增加，从而获得 很强的光，这种现象叫做光振荡. 加强光须满足驻波条件 2 l = k
物理学 第五版 激光 光学谐振腔 N AMN 激光光束 全反射镜 部分透光反射镜 光学诸振腔示意图 物理学应用介绍 10
激 光 物理学应用介绍 物理学 第五版 10 . 激光光束 全反射镜 l 光学谐振腔示意图 部分透光反射镜 光学谐振腔