《大学物理（量子物理基础）》课程PPT教学课件（讲稿）激光

16-11激光 前 普通光源-自发辐射 激光光源-受激辐射 激光又名镭射( Laser),它的全名是 “辐射的受激发射光放大”。 LIght Amplification by Stimulated Emission of radiation)

1 普通光源-----自发辐射 激光光源-----受激辐射 前言 激光又名镭射 (Laser)， 它的全名是 “辐射的受激发射光放大”。 (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) 16-11 激 光

激光现今已得到极为广泛的应用从光缆的信息 传输到光盘的读写,从视网膜的修复到大地的测量, 从工件的焊接到热核反应的引发等等都利用了激 光 早在1916年爱因斯坦就提出了“受激辐射”的 理论 1951年美国物理学家汤斯制造出受激辐射的 微波放大装置(1964年获诺贝尔物理学奖) 1960年第一台红宝石激光器由美国物理学家 梅曼首先制成

2 激光现今已得到极为广泛的应用.从光缆的信息 传输到光盘的读写,从视网膜的修复到大地的测量, 从工件的焊接到热核反应的引发等等都利用了激 光. 早在1916年爱因斯坦就提出了“受激辐射”的 理论. 1960年,第一台红宝石激光器由美国物理学家 梅曼首先制成. 1951年,美国物理学家汤斯制造出受激辐射的 微波放大装置.(1964年获诺贝尔物理学奖)

§1自发辐射受激辐射和吸收 自发辐射( spontaneous radiation hy ∧→ E 设N1、N2单位体积中处于E1、E2 能级的原子数。单位体积中单位时间内, 从E2→E1自发辐射(dNN2 的原子数: d)发

3 §1 自发辐射 受激辐射和吸收 一. 自发辐射(spontaneous radiation) 设 N1 、 N2 — 单位体积中处于E1 、 E2 能级的原子数。单位体积中单位时间内， 从E2 → E1自发辐射 的原子数： N2 dt dN        自 发 21 E2 E1 N2 N1 h

写成等式 =A21N dt 自发 2—自发辐射系数,单个原子在单位 时间内发生自发辐射过程的概率。 各原子自发辐射的光是独立的、 无关的非相干光

4 写成等式 21 2 21 A N dt dN  =      自 发 Ａ21 ⎯自发辐射系数，单个原子在单位 时间内发生自发辐射过程的概率。 各原子自发辐射的光是独立的、 无关的 非相干光

受激辐射( stimulated radiation) 八∧→ ENAA全同光子 产生受激辐射条件:处于高能级E2时的原子受到能 量为hv=E2E的外来光子的作用跃迁到低能级,辐射 同频率的光子。 受激辐射光与外来光的频率、偏振方向、 相位及传播方向均相同

5 二．受激辐射 (stimulated radiation) E2 E1 N2 N1 全同光子 h 受激辐射光与外来光的频率、偏振方向、 相位及传播方向均相同 产生受激辐射条件：处于高能级E2时的原子受到能 量为h=E2 -E1的外来光子的作用跃迁到低能级，辐射 一同频率的光子

单位体积中单位时间内,从E2→E1 受激辐射的原子数: d N, 0p(认T)N2 t丿受激 写成等式(dNy -BKIN db 受激 B2受激辐射系数

6 单位体积中单位时间内，从E２→E１ 受激辐射的原子数： N2 ( T ) dt dN 、 受 激          21 写成等式 21 21 2 dN B kI N dt     =  受激 B21⎯受激辐射系数

令则 W21=B2p(v T) dN 21 W21N2 d)受激 W21单个原子在单位时间内发生 受激辐射过程的概率。 受激辐射光与外来光的频率、偏振方向、 相位及传播方向均相同 有光的放大作用

7 W21 ⎯单个原子在单位时间内发生 受激辐射过程的概率。 2 21 W N dt dN  = 21      受 激 则 受激辐射光与外来光的频率、偏振方向、 相位及传播方向均相同 ------有光的放大作用。 令 W21 = B21 ·（、T）

吸收 absorption) E 八∧ N Er 上述外耒光也有可能被吸收,使原子 从E1→>E2 单位体积中单位时间内因吸收外来光而从 E1→>E2的原子数: dt)吸收 kN, 1B2

8 三 . 吸收(absorption) E2 E1 N2 N1 h 上述外耒光也有可能被吸收，使原子 从E1→E2。 单位体积中单位时间内因吸收外来光而从 E1→E2 的原子数： 12 1 12 dN kN IB dt     =  吸收

A21、B21、B12称为爱因斯坦系数 爱因斯坦在1917年从理论上得出 21 B 12 8兀hv 21 B 3 12 爱因斯坦的受激辐射理论为六十年代初实验上 获得激光奠定了理论基础

9 A21 、B21 、B12 称为爱因斯坦系数。 爱因斯坦在 1９１７年从理论上得出 12 3 3 21 8 B C h A   = 爱因斯坦的受激辐射理论为六十年代初实验上 获得激光奠定了理论基础。 B21 = B12

激光原理 §2粒子数按能级的统计分布原子的激发 由大量原子组成的系统,在温度不太低的 平衡态,原子数目按能级的分布服从 玻耳兹曼统计分布: n∝ehT

10 §2 粒子数按能级的统计分布 原子的激发 由大量原子组成的系统，在温度不太低的 平衡态，原子数目按能级的分布服从 玻耳兹曼统计分布： 激光原理