光電子學(xué) (第一章2)

光電子學(xué)第一章光與物質(zhì)相互作用基礎(chǔ)第二講

湖南大學(xué)物理與微電子科學(xué)學(xué)院，王玲玲2016年03月物理與微電子科學(xué)學(xué)院SchoolofPhysicsandMicroelectronicsScience第一講要點(diǎn)回顧麥克斯韋方程導(dǎo)出波動(dòng)方程；世界上最偉大十個(gè)公式；為什么光波是電磁波？光與物質(zhì)相互作用基礎(chǔ)1§1-6譜線形狀和寬度§1-5自發(fā)輻射、受激吸收和受激輻射§1-4黑體輻射

§1-2物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-7均勻加寬和非均勻加寬

§1-8輻射的經(jīng)典理論§1-1光的波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-3熱輻射的一般概念第二講要點(diǎn)黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律及描述式

描述熱輻射物理量

自發(fā)輻射受激輻射受激吸收意義

13

2

定義：物體T>0K產(chǎn)生輻射，熱輻射、T輻射。§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念

§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論熱輻射：物體以EM波發(fā)射能量，物體輻射源，物體接受輻射的EM電磁波。

物質(zhì)對(duì)EM波發(fā)射和吸收——熱輻射理論。輻射包括：EM波，能量分布與T相關(guān)。一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場(chǎng)的物理量三、光度量四、基爾霍夫定律1.輻射能量密度we

2.輻射通量e

3.輻射出射度Me

EM輻射通過(guò)區(qū)域任時(shí)刻輻射能，單位體積輻射能：§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念

§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論4.輻射強(qiáng)度Ie

5.輻射亮度Le

6.輻射照度

Ee

10.單色輻射強(qiáng)度Ie()11.單色輻射亮度Le()

三、光度量四、基爾霍夫定律7.單色輻射能量密度we()8.單色輻射通量e()

9.單色輻射出射度Me()單位：J·m-3一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場(chǎng)的物理量輻射源單位t通過(guò)某面積輻射能：§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念

§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.

輻射能量密度we

2.

輻射通量e

3.輻射出射度Me

4.輻射強(qiáng)度Ie

5.輻射亮度Le

6.輻射照度Ee

10.單色輻射強(qiáng)度Ie()11.單色輻射亮度Le()

三、光度量四、基爾霍夫定律7.單色輻射能量密度we()8.單色輻射通量e()

9.單色輻射出射度Me()單位W或J·s-1，輻射能流單位e總輻射通量、輻射功率。

一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場(chǎng)的物理量物體表面單位面積輻射通量，發(fā)射本領(lǐng)、輻射通量密度，§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.輻射能量密度we

2.輻射通量e

3.輻射出射度Me

4.輻射強(qiáng)度Ie

5.輻射亮度Le

6.輻射照度Ee

10.單色輻射強(qiáng)度Ie()11.單色輻射亮度Le()

三、光度量四、基爾霍夫定律7.單色輻射能量密度we()8.單色輻射通量e()

9.單色輻射出射度Me()A面積,單位W·m-2

一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場(chǎng)的物理量輻射源某方向單位立體角輻射通量，R

A=–(A/R2)立體角，A與R某面元面積，R點(diǎn)源至某面元距離，有方向§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念

§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.輻射能量密度we

2.輻射通量e

3.輻射出射度Me

4.輻射強(qiáng)度Ie

5.輻射亮度Le

6.輻射照度Ee

10.單色輻射強(qiáng)度Ie()11.單色輻射亮度Le()

三、光度量四、基爾霍夫定律7.單色輻射能量密度we()8.單色輻射通量e()

9.單色輻射出射度Me()各向同性點(diǎn)輻射源，Ie=e/4，單位W·sr-1

一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場(chǎng)的物理量面輻射源某方向單位投影表面單位立體角輻射通量：

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論面元法線與輻射向夾角1.輻射能量密度we

2.輻射通量e

3.輻射出射度Me

4.輻射強(qiáng)度Ie

5.輻射亮度Le

6.輻射照度Ee

10.單色輻射強(qiáng)度Ie()11.單色輻射亮度Le()

三、光度量四、基爾霍夫定律7.單色輻射能量密度we()8.單色輻射通量e()

9.單色輻射出射度Me()Le方向性。輻射源，Le()與無(wú)關(guān)，朗伯源，余弦輻射體

朗伯源輻射強(qiáng)度I()=I0cos0

Le()=L0，L0

=0亮度，

單位W·m-2·sr-1（球面度）

一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場(chǎng)的物理量單位受光面積接收輻射通量：

上六個(gè)量未涉及輻射頻譜；A受光面積，單位W·m-2

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.輻射能量密度we

2.輻射通量e

3.輻射出射度Me

4.輻射強(qiáng)度Ie

5.輻射亮度Le

6.輻射照度Ee

10.單色輻射強(qiáng)度Ie()11.單色輻射亮度Le()

三、光度量四、基爾霍夫定律7.單色輻射能量密度we()8.單色輻射通量e()

9.單色輻射出射度Me()輻射場(chǎng)不同EM波組成，輻射場(chǎng)特性，與單一有關(guān)物理量。

一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場(chǎng)的物理量EM波輻射通過(guò)區(qū)域單位體積~+d輻射能，與輻射能量密度關(guān)系：§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.輻射能量密度we

2.輻射通量e

3.輻射出射度Me

4.輻射強(qiáng)度Ie

5.輻射亮度Le

6.輻射照度Ee

10.單色輻射強(qiáng)度Ie()11.單色輻射亮度Le()

三、光度量四、基爾霍夫定律7.單色輻射能量密度we()8.單色輻射通量e()

9.單色輻射出射度Me()一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場(chǎng)的物理量物體表面發(fā)~+d輻射通量與輻射通量關(guān)系：物體表面發(fā)~+d輻射出射度§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.輻射能量密度we

2.輻射通量e

3.輻射出射度Me

4.輻射強(qiáng)度Ie

5.輻射亮度Le

6.輻射照度Ee

10.單色輻射強(qiáng)度Ie()11.單色輻射亮度Le()

三、光度量四、基爾霍夫定律7.單色輻射能量密度we()8.單色輻射通量e()

9.單色輻射出射度Me()與輻射出射度關(guān)系：一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場(chǎng)的物理量輻射源，發(fā)~+d輻射強(qiáng)度。與輻射強(qiáng)度關(guān)系：面輻射源，發(fā)~+d輻射亮度；

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念

§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.輻射能量密度we

2.輻射通量e

3.輻射出射度Me

4.輻射強(qiáng)度Ie

5.輻射亮度Le

6.輻射照度Ee

10.單色輻射強(qiáng)度Ie()11.單色輻射亮度Le()

三、光度量四、基爾霍夫定律7.單色輻射能量密度we()8.單色輻射通量e()

9.單色輻射出射度Me()與輻射亮度關(guān)系：可微分定義。一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場(chǎng)的物理量§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念

§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場(chǎng)的物理量三、光度量四、基爾霍夫定律人眼視覺細(xì)胞光探測(cè)裝置，不同輻射不同響應(yīng)，同輻射通亮照眼睛，不同亮暗覺。反映視覺亮暗特性——光度量體系。光輻射度量（下標(biāo)e）

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場(chǎng)的物理量三、光度量四、基爾霍夫定律光度量v，Qv，v，Mv，Ev，Iv，Lv

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場(chǎng)的物理量三、光度量四、基爾霍夫定律兩度量轉(zhuǎn)換，描述輻射度量與光度量關(guān)系：

同測(cè)光與輻射通量比，K()：?jiǎn)挝籰m/W

v--光度量e--光輻射量1.光譜光視效能2.光譜光視效率§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場(chǎng)的物理量三、光度量四、基爾霍夫定律3.光視效能某光譜光視效能與最大光譜光視效能Km比，V()：

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.光譜光視效能2.光譜光視效率一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場(chǎng)的物理量三、光度量四、基爾霍夫定律3.光視效能Km555nm光譜光視效能，

Km=683lm·W-1

V()視見函數(shù)，<或=1；眼睛生理特點(diǎn)，響應(yīng)白天和夜晚有別；眼睛:白天響應(yīng)峰550nm(1)；

夜間響應(yīng)偏短，峰500nm(2)

夜晚白天V()=1(=550nm)V()=0.323(=500nm)§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.光譜光視效能2.光譜光視效率一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場(chǎng)的物理量三、光度量四、基爾霍夫定律3.光視效能光譜光視效率：明和暗視覺響應(yīng)曲線。

輻射體發(fā)光通量與輻射通量比：

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.光譜光視效能2.光譜光視效率一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場(chǎng)的物理量三、光度量四、基爾霍夫定律3.光視效能吸收與總?cè)肷淠鼙取庾V吸收比（吸收系數(shù)），(,T)

反射與總?cè)肷淠鼙取瓷浔龋ǚ瓷湎禂?shù)），(,T)

(,T)+(,T)=1

(1-3-15)德國(guó)物理學(xué)家

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場(chǎng)的物理量三、光度量四、基爾霍夫定律物體發(fā)射EM波：

對(duì)外EM波：可吸收，反射和透射；

對(duì)不透明物體：只吸收和反射。T,~+d輻射：?jiǎn)紊毡群蛦紊瓷浔入S物體或表面不同。

基爾霍夫1860發(fā)現(xiàn)，物體輻射出射度與光譜吸收比關(guān)系。研究普適恒量對(duì)了解輻射有意義，研究絕對(duì)黑體輻射律解決。§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場(chǎng)的物理量三、光度量四、基爾霍夫定律單色輻射出射度Me(,T)大，吸收系數(shù)(,T)大，

比Me(,T)/(,T)與物體性質(zhì)無(wú)關(guān)，T，定。

如：多物體互作用熱平衡，任Me(,T)/(,T)不變：光與物質(zhì)相互作用基礎(chǔ)1§1-6譜線形狀和寬度§1-5自發(fā)輻射、受激吸收和受激輻射§1-3熱輻射的一般概念§1-2物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)

§1-7均勻加寬和非均勻加寬

§1-8輻射的經(jīng)典理論§1-1光的波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-4黑體輻射一、空腔熱輻射二、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律絕對(duì)黑體——任T把照其上任輻射全吸收（(,T)=1）物體；理想模型。開小孔腔熱輻射，腔輻射黑體特征，腔把進(jìn)入輻射能全吸收，(,T)=1（光波導(dǎo)原理）§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論三、維恩公式和瑞利—金斯公式四、普朗克公式腔壁加熱，恒溫，小孔射出輻射相當(dāng)從面積=小孔孔面，T絕對(duì)黑體表面射出T；

記輻射單色輻出度，得絕對(duì)黑體單色輻出度按分布曲線；Me,B(,T)1.斯忒藩—波耳茲曼定律2.維恩位移定律§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、空腔熱輻射二、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律三、維恩公式和瑞利—金斯公式四、普朗克公式3.絕對(duì)黑體輻射出射度分布曲線峰值定律每曲線同T，單輻度按分布，

熱力學(xué)理論得實(shí)驗(yàn)定律：黑體輻出度Me,B(,T)與T4成正比，

斯忒藩常數(shù)，

波爾茲曼1844-1906奧地利物理學(xué)家斯忒藩1835-1893奧地利物理學(xué)家§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.斯忒藩—波耳茲曼定律2.維恩位移定律一、空腔熱輻射二、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律三、維恩公式和瑞利—金斯公式四、普朗克公式3.絕對(duì)黑體輻射出射度分布曲線峰值定律斯忒藩——波耳茲曼定律每曲線有Me,B(,T)最大值，m，與T關(guān)系：

維恩1864-1928德國(guó)物理學(xué)家熱輻射律—維恩位移定律和建立黑體輻射維恩式，1911諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.斯忒藩—波耳茲曼定律2.維恩位移定律一、空腔熱輻射二、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律三、維恩公式和瑞利—金斯公式四、普朗克公式3.絕對(duì)黑體輻射出射度分布曲線峰值定律T，m小，輻射能高移，不同T

m

b維恩常數(shù)，§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.斯忒藩—波耳茲曼定律2.維恩位移定律一、空腔熱輻射二、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律三、維恩公式和瑞利—金斯公式四、普朗克公式3.絕對(duì)黑體輻射出射度分布曲線峰值定律光譜輻射亮度L-，維恩位移定律（原M-）

①絕對(duì)黑體總輻出度與T關(guān)系（曲線面積）斯忒藩—波耳茲曼定律維恩位移定律絕對(duì)黑體輻出度分布曲線峰定律§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.斯忒藩—波耳茲曼定律2.維恩位移定律一、空腔熱輻射二、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律三、維恩公式和瑞利—金斯公式四、普朗克公式3.絕對(duì)黑體輻射出射度分布曲線峰值定律絕對(duì)黑體輻出度峰Me,B(m,T)與T5成正比，

三定律：②

峰與T關(guān)系③

峰對(duì)應(yīng)輻出度峰與T關(guān)系

不由熱力學(xué)得出，氣體分子輻射

只與速度有關(guān)

黑體輻射實(shí)驗(yàn)曲線求表達(dá)式，物理學(xué)家得：

1.維恩公式2.瑞利—金斯公式得維恩公式：§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、空腔熱輻射二、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律三、維恩公式和瑞利—金斯公式四、普朗克公式維恩熱力學(xué)證明黑體輻射譜：,常數(shù)，與實(shí)驗(yàn)比：

高頻符合好，低頻偏離。不能反映輻射律；

含振子動(dòng)能和勢(shì)能，經(jīng)典統(tǒng)計(jì)：輻射w按分布實(shí)驗(yàn)（實(shí)）和瑞利—金斯式算曲線（虛）

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射

§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.維恩公式2.瑞利—金斯公式一、空腔熱輻射二、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律三、維恩公式和瑞利—金斯公式四、普朗克公式金斯1877-1946英國(guó)物理學(xué)家瑞利1842-1919英國(guó)物理學(xué)家

瑞利按EM理論，黑體Me,B(,T)與腔EM場(chǎng)能密度w(,T)關(guān)系：w(,T)與帶電振子能量關(guān)系：瑞利--金斯式曲線與實(shí)驗(yàn)比：長(zhǎng)波符合好，短波有誤，能量隨變短趨無(wú)窮謬論。

(1-4-6)不能反映輻射律。

著名紫外災(zāi)難經(jīng)典物理無(wú)法解釋黑體輻射律，1900普朗克設(shè)：輻射能不連續(xù)，能量子假設(shè)。

黑體輻射單色輻出度：長(zhǎng)波：普朗克變?nèi)鹄?金斯公式：普朗克式反映黑體輻射律。三公式關(guān)系：k=1.381×10-23J/K

h=6.626×10-34J·s

黑體輻射能密度：短波：

普朗克變維恩式；Me,B(,T)與w(,T)關(guān)系§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射

§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、空腔熱輻射二、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律三、維恩公式和瑞利—金斯公式四、普朗克公式光與物質(zhì)相互作用基礎(chǔ)1§1-6譜線形狀和寬度§1-4黑體輻射§1-3熱輻射的一般概念§1-2物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)

§1-7均勻加寬和非均勻加寬

§1-8輻射的經(jīng)典理論§1-1光的波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-5自發(fā)輻射、受激吸收和受激輻射概念（注概念及區(qū)別）：

物質(zhì)原子，分子和離子微觀粒子組成，每粒子一定能態(tài)。

由量子力學(xué)，粒子占分立能級(jí)。

熱平衡：粒子低能態(tài)；受激勵(lì)：粒子高能態(tài)。

一能態(tài)變另能態(tài)躍遷。a,不吸收和發(fā)射光子——無(wú)輻射躍遷；碰，熱量傳遞狀態(tài)變；不屬光電子學(xué)內(nèi)容；

b,物質(zhì)與光互作用——輻射躍遷，原子能級(jí)變，吸收和發(fā)射光實(shí)現(xiàn)。

三種：

自發(fā)輻射受激吸收受激輻射一、自發(fā)輻射二、受激吸收§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射

§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射

§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論三、受激輻射四、A21，B12

和B21

的關(guān)系五、受激輻射與自發(fā)輻射的區(qū)別發(fā)能h光子

A21—愛因斯坦自發(fā)輻射系數(shù)，

E2粒子單位t自發(fā)躍遷幾率。

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射

§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射

§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、自發(fā)輻射二、受激吸收三、受激輻射四、A21，B12

和B21

的關(guān)系五、受激輻射與自發(fā)輻射的區(qū)別原子高E2停短t自發(fā)向低E1躍遷(a)。

自發(fā)躍遷幾率A21：?jiǎn)挝籺，E2能級(jí)n2粒子中自發(fā)躍遷粒子與n2比

E2能級(jí)下E1，dt，高E2自發(fā)輻射躍遷到低E1粒子dn21,A21：

得E2粒子數(shù)隨t，負(fù)符合躍遷幾率選擇定則兩能級(jí)間A21為107-108/s紅寶石晶體產(chǎn)生激光Cr離子上下能級(jí)A21僅102/s

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射

§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射

§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、自發(fā)輻射二、受激吸收三、受激輻射四、A21，B12

和B21

的關(guān)系五、受激輻射與自發(fā)輻射的區(qū)別自發(fā)躍遷A21原子性質(zhì)定，外界激勵(lì)無(wú)關(guān)，E2只向E1躍遷，

自發(fā)躍遷高能級(jí)原子指數(shù)衰減。

每粒子躍遷發(fā)h光子，輻射功率：

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射

§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射

§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、自發(fā)輻射二、受激吸收三、受激輻射四、A21，B12

和B21

的關(guān)系五、受激輻射與自發(fā)輻射的區(qū)別自發(fā)輻射，某刻粒子數(shù)：

，t=0輻射功率；

自發(fā)輻射強(qiáng)度外界激勵(lì)停，指數(shù)律衰減。

自發(fā)輻射發(fā)熒光（普通光）區(qū)別激光。

熒光:香燈發(fā)光，范圍都可，螢火蟲夜晚發(fā)光亮；

古瓷畫面，日久空氣流動(dòng)磨損及氣溫影響，釉面分子散失，成玉似脂光澤，“瑩光”或“酥光”

礦石白天吸光，自身散發(fā)光瑩光（夜明珠）；

熒光與激光區(qū)別§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射

§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射

§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、自發(fā)輻射二、受激吸收三、受激輻射四、A21，B12

和B21

的關(guān)系五、受激輻射與自發(fā)輻射的區(qū)別激光:單色強(qiáng)，特，受激發(fā)射光擴(kuò)大。表制造激光過(guò)程單色輻射w()照射，單位體積E1躍到E2粒子：外輻射場(chǎng)含=(E2-E1)/h電磁波，低E1粒子受光子激發(fā)，躍遷到高E2—受激吸收(b)

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射

§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射

§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、自發(fā)輻射二、受激吸收三、受激輻射四、A21，B12

和B21

的關(guān)系五、受激輻射與自發(fā)輻射的區(qū)別愛因斯坦受激吸收系數(shù)B12E2E1如：

，仿自發(fā)輻射：§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射

§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射

§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、自發(fā)輻射二、受激吸收三、受激輻射四、A21，B12

和B21

的關(guān)系五、受激輻射與自發(fā)輻射的區(qū)別W12意義：?jiǎn)挝籺單色輻射w()光照，受激吸收E1躍到E2粒子與E1總粒子比；

理解：每處E1粒子w()光照單位t受激吸收幾率。受激吸收與原子性質(zhì)、外輻射場(chǎng)有關(guān)（A21原子性質(zhì)定，外激勵(lì)無(wú)關(guān)）

愛因斯坦量子理論，輻射場(chǎng)照物質(zhì)粒子高能級(jí)E2，受激輻射。

外來(lái)，入射光激發(fā)，E2粒子回E1，放h光子(c)，光子，振動(dòng)方向，相位與外來(lái)光子一致—激光奠定理論。

外輻射場(chǎng)作用物質(zhì)，與受激吸收反?！?-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射

§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射

§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、自發(fā)輻射二、受激吸收三、受激輻射四、A21，B12

和B21

的關(guān)系五、受激輻射與自發(fā)輻射的區(qū)別E2E1仿受激吸收：W21：?jiǎn)挝籺單色輻射w()光照，受激輻射高E2躍E1粒子與E2總粒子比，E2粒子單位t受激發(fā)射幾率。

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射

§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射

§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、自發(fā)輻射二、受激吸收三、受激輻射四、A21，B12

和B21

的關(guān)系五、受激輻射與自發(fā)輻射的區(qū)別B21愛因斯坦受激輻射系數(shù)，腔內(nèi)粒子滿足波爾茲曼分布律：T空腔，輻射場(chǎng)與物質(zhì)平衡，三種輻射存在；§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射

§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射

§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、自發(fā)輻射二、受激吸收三、受激輻射四、A21，B12

和B21

的關(guān)系五、受激輻射與自發(fā)輻射的區(qū)別腔內(nèi)輻射場(chǎng)熱平衡黑體輻射普朗克式，g1,g2是E1,E2微觀量子態(tài)數(shù)——能級(jí)簡(jiǎn)并度，熱平衡E1，E2粒子不斷變，n2(n1)不變：

或：(1-5-8)和(1-5-10):輻射場(chǎng)單色輻射能量密度§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說(shuō)§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射

§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射

§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、自發(fā)輻射二、受激吸收三、受激輻射四、A