自發(fā)輻射與受激輻射ppt課件

1、1.1 自發(fā)輻射和受激輻射自發(fā)輻射和受激輻射1、吸收過程：、吸收過程：12EEh2、自發(fā)輻射過程：、自發(fā)輻射過程：12EEh激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài) E2E3E4hh基態(tài)基態(tài) E1專題專題 激光技術(shù)激光技術(shù)激光又名鐳射激光又名鐳射 (Laser), 它的全名是它的全名是“輻射的受激發(fā)射光放大。輻射的受激發(fā)射光放大。(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)3、受激輻射過程：、受激輻射過程：h E1 E2hh12EEh受激輻射的特點(diǎn)結(jié)論：受激輻射產(chǎn)生的光子受激輻射的特點(diǎn)結(jié)論：受激輻射產(chǎn)生的光子與原來的光子具有完全一樣的形狀。與原來的光子

2、具有完全一樣的形狀。結(jié)論：受激輻射而得到的光是相關(guān)光。結(jié)論：受激輻射而得到的光是相關(guān)光。1.2 激光的產(chǎn)生激光的產(chǎn)生1、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)kTEkkenE1E221NN 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)產(chǎn)生激光的必要條件：實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。產(chǎn)生激光的必要條件：實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。鼓勵(lì)泵浦：實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的過程。鼓勵(lì)泵浦：實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的過程。具有亞穩(wěn)態(tài)的原子構(gòu)造，才干實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。具有亞穩(wěn)態(tài)的原子構(gòu)造，才干實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。紅寶石激光器三能級(jí)系統(tǒng)紅寶石激光器三能級(jí)系統(tǒng)E2E3E1E2E3E1(10-8s)E2E3E1(10-3s)h氦氖激光器四能級(jí)系統(tǒng)氦氖激光器四能級(jí)系統(tǒng)E1E2E3E4hE1E2E3E4(

3、10-8s)(10-3s)1.3 光學(xué)諧振腔光學(xué)諧振腔任務(wù)物質(zhì)任務(wù)物質(zhì)全反射鏡全反射鏡部分反射鏡部分反射鏡諧振腔長度：諧振腔長度：), 3 , 2 , 1(2nnL諧振腔的作用：諧振腔的作用：1維持光振蕩，起到光放大作用。維持光振蕩，起到光放大作用。2使激光產(chǎn)生極好的方向性。使激光產(chǎn)生極好的方向性。3使激光的單色性好。使激光的單色性好。氦氖激光：氦氖激光： 6328A紅寶石激光：紅寶石激光： 6943A1.4 激光的特性激光的特性1、方向性好。、方向性好。2、單色性好。、單色性好。3、相關(guān)性好。、相關(guān)性好。4、能量集中。、能量集中。思索題：思索題：1.1 自發(fā)輻射與受激輻射比較有哪些不同？自發(fā)

4、輻射與受激輻射比較有哪些不同？ 粒子自發(fā)地從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)，同時(shí)發(fā)出一個(gè)光子，這粒子自發(fā)地從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)，同時(shí)發(fā)出一個(gè)光子，這一過程叫做自發(fā)輻射。一過程叫做自發(fā)輻射。 假設(shè)處在高能級(jí)的粒子，在一個(gè)能量等于兩能級(jí)之差假設(shè)處在高能級(jí)的粒子，在一個(gè)能量等于兩能級(jí)之差E2-E1的光子作用下，從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)并發(fā)射一個(gè)光子，這一過程的光子作用下，從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)并發(fā)射一個(gè)光子，這一過程稱為受激輻射。與自發(fā)輻射不同，輻射一定要在外來光作用下發(fā)生稱為受激輻射。與自發(fā)輻射不同，輻射一定要在外來光作用下發(fā)生并發(fā)射一個(gè)與外來光子完全一樣的光子。受激輻射光是相關(guān)光。受并發(fā)射一個(gè)與外來光子完全一樣的

5、光子。受激輻射光是相關(guān)光。受激輻射光加上原來的外來光，使光在傳播方向上光強(qiáng)得到放大。激輻射光加上原來的外來光，使光在傳播方向上光強(qiáng)得到放大。1.2 激光任務(wù)物質(zhì)在熱平衡情況下能否實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布激光任務(wù)物質(zhì)在熱平衡情況下能否實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布?怎樣怎樣能實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)能實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)? 不能。在熱平衡條件下，粒子數(shù)的分布服從玻耳茲曼分不能。在熱平衡條件下，粒子數(shù)的分布服從玻耳茲曼分布律，高能級(jí)的粒子數(shù)總小于低能級(jí)的粒子數(shù)。布律，高能級(jí)的粒子數(shù)總小于低能級(jí)的粒子數(shù)。 借助于外界的鼓勵(lì)能源為電鼓勵(lì)借助于外界的鼓勵(lì)能源為電鼓勵(lì), 光鼓勵(lì)光鼓勵(lì), 化學(xué)鼓勵(lì)等化學(xué)鼓勵(lì)等能源，突破激活介質(zhì)熱平衡時(shí)的粒子

6、數(shù)分布，使高能級(jí)的能源，突破激活介質(zhì)熱平衡時(shí)的粒子數(shù)分布，使高能級(jí)的粒子數(shù)大于低能級(jí)的粒子數(shù)。這種激活介質(zhì)要具有適宜的能粒子數(shù)大于低能級(jí)的粒子數(shù)。這種激活介質(zhì)要具有適宜的能級(jí)構(gòu)造。級(jí)構(gòu)造。1.3 激光器有哪幾個(gè)根本組成部分激光器有哪幾個(gè)根本組成部分?(1) 激活介質(zhì)激活介質(zhì)(2) 鼓勵(lì)能源鼓勵(lì)能源(3) 光學(xué)諧振光學(xué)諧振激光器普通有三個(gè)根本組成部分：激光器普通有三個(gè)根本組成部分：1.4 概括光學(xué)諧振腔的作用。概括光學(xué)諧振腔的作用。1維持光振蕩維持光振蕩2選擇激光的方向性選擇激光的方向性3提高激光的單色性。提高激光的單色性。1.5 何謂激光的縱模和橫模何謂激光的縱模和橫模? 由于激光器輸出的每一

7、個(gè)諧振頻率的光，因其光強(qiáng)是沿縱由于激光器輸出的每一個(gè)諧振頻率的光，因其光強(qiáng)是沿縱向腔軸方向分布的駐波場。普通激光器是多縱模輸出，向腔軸方向分布的駐波場。普通激光器是多縱模輸出，假設(shè)采取措施，可以輸出單縱模，大大提高激光色性。假設(shè)采取措施，可以輸出單縱模，大大提高激光色性。 激光在垂直于腔軸的橫截面上構(gòu)成的穩(wěn)定的光強(qiáng)分布，激光在垂直于腔軸的橫截面上構(gòu)成的穩(wěn)定的光強(qiáng)分布，稱激光的橫模。稱激光的橫模。1.6 激光束有哪些特點(diǎn)激光束有哪些特點(diǎn)? 1光能量在空間和時(shí)間上高度集中光能量在空間和時(shí)間上高度集中2相關(guān)性好相關(guān)性好3方向性好方向性好1.7 設(shè)設(shè)He-Ne 激光器腔長激光器腔長L分別為分別為0.30m、