第一章第一節(jié)光量子起源

優(yōu)選第一章第一節(jié)光量子起源現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期五考核方式1、平時(shí)成績(jī)考核：作業(yè)完成情況和課程設(shè)計(jì)報(bào)告。2、期末考試：閉卷。3、成績(jī)比例：期末考試成績(jī)：70%，平時(shí)成績(jī)：30%（作業(yè)：

20%，課程設(shè)計(jì)：10%）。期末考試成績(jī)：70%作業(yè)：20%課程設(shè)計(jì)：10%現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期五參考資料教材：1、自編2、參考書(shū):《量子電子學(xué)》A.Yariv著《激光原理》周炳琨等編（第五版）國(guó)防工業(yè)出版社現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期五第一章激光基本原理LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation------Laser“通過(guò)受激輻射的光放大”激光鐳射/雷射現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期五日常生活中激光無(wú)處不在！激光-----光信息與技術(shù)領(lǐng)域的科技前沿！激光筆CD可讀機(jī)互聯(lián)網(wǎng)激光手術(shù)激光切割激光武器現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期五（物理—技術(shù)—產(chǎn)業(yè)）Towns建立第一臺(tái)微波激射器（maser)1900Planck提出能量子假說(shuō)19051917Einstein提出受激輻射理論19531958Towns,Shawlow開(kāi)始研制激光器1960Maiman制成第一臺(tái)紅寶石激光器1961-65激光切割、激光鉆孔...1968-69月球上設(shè)置激光反射器；地面與衛(wèi)星聯(lián)系1982激光全息術(shù)80年代－激光外科手術(shù)，通訊、光盤(pán)、激光武器...Einstein提出光量子理論Maxwell建立光的電磁理論18601913Borr提出量子化原子模型激光光譜，用于大氣污染分析；半導(dǎo)體激光器，用于激光通訊；激光器，用于激光熔煉、1923Compton散射實(shí)驗(yàn)激光的發(fā)明歷史現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期五§1.1光量子起源1900年，Planck針對(duì)黑體輻射實(shí)驗(yàn)提出能量子假說(shuō)1905年，Einstein針對(duì)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)提出光量子理論1923年，Compton散射實(shí)驗(yàn)19世紀(jì)末物理學(xué)三大著名實(shí)驗(yàn)，催生了光量子和量子力學(xué)的誕生!現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期五黑體：能吸收射到其上的全部輻射的物體，這種物體就稱(chēng)為絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱(chēng)黑體。黑體輻射：由這樣的空腔小孔發(fā)出的輻射就稱(chēng)為黑體輻射?！?.1.1黑體輻射與Planck的量子論輻射熱平衡狀態(tài):處于某一溫度T下的腔壁，單位面積所發(fā)射出的輻射能量和它所吸收的輻射能量相等時(shí)，輻射達(dá)到熱平衡狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：熱平衡時(shí)，空腔輻射的能量密度，對(duì)輻射的波長(zhǎng)的分布曲線，其形狀和位置只與黑體的絕對(duì)溫度T

有關(guān)而與黑體的形狀和材料無(wú)關(guān)?，F(xiàn)在是8頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期五黑體輻射的理論描述低頻與實(shí)驗(yàn)有明顯偏離!1.維恩（Wein）公式表示在單位頻率范圍內(nèi)黑體輻射的能量密度?，F(xiàn)在是9頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期五2.瑞麗-金斯公式（Rayleigh-Jeans）高頻發(fā)散，即“紫外災(zāi)難”!黑體輻射的理論描述現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期五3.Planck公式普朗克認(rèn)為：金屬空腔壁中電子的振動(dòng)可視為一維諧振子，它吸收或者發(fā)射電磁輻射能量時(shí)，不是過(guò)去經(jīng)典物理認(rèn)為的那樣可以連續(xù)的吸收或發(fā)射能量，而是以與振子的頻率成正比的能量子為單元來(lái)吸收或發(fā)射能量.空腔壁上的帶電諧振子吸收或發(fā)射能量應(yīng)為普朗克常量黑體輻射的理論描述現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期五Planck公式:全波段與觀測(cè)極為符合!黑體輻射的理論描述現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期五Planck的量子論：物體吸收或發(fā)射電磁輻射，只能以“量子”(Quantum)的方式進(jìn)行，每個(gè)“量子”的能量為。對(duì)Planck輻射定律的討論：(1)當(dāng)ν很大（短波）時(shí)，因?yàn)?/p>

exp(hν/kT)-1≈exp(hν/kT)，于是Planck定律化為Wien公式。(2)當(dāng)ν很?。ㄩL(zhǎng)波）時(shí)，因?yàn)閑xp(hν/kT)-1≈1+(hν/kT)-1=(hν/kT)，則Planck定律變?yōu)镽ayleigh-Jeans公式。(3)Planck假定原子的性能和諧振子一樣，以給定的頻率

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振蕩；黑體只能以hυ為單位吸收或發(fā)射輻射能量，

h稱(chēng)為Planck常數(shù),則可以從理論上導(dǎo)出Plank公式?，F(xiàn)在是13頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期五§1.1.2光電效應(yīng)一光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律（1）實(shí)驗(yàn)裝置電流表電壓表高壓直流電源金屬光電陰極陽(yáng)極電位器光電效應(yīng)：光照射到金屬上，有電子從金屬上逸出的現(xiàn)象。這種電子稱(chēng)之為光電子。現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期五（2）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象電流飽和值（光強(qiáng)）遏止電壓：電子從金屬內(nèi)部逸出時(shí)的最大動(dòng)能單位時(shí)間逸出的電子數(shù)與光強(qiáng)成正比電子從金屬內(nèi)部逸出時(shí)的最大動(dòng)能與頻率成正比截止頻率（紅限）僅當(dāng)才發(fā)生光電效應(yīng)，截止頻率與材料有關(guān)與光強(qiáng)無(wú)關(guān).

瞬時(shí)性當(dāng)光照射到金屬表面上時(shí)，幾乎立即就有光電子逸出現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期五現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期五按經(jīng)典理論，電子逸出金屬所需的能量，需要有一定的時(shí)間來(lái)積累，一直積累到足以使電子逸出金屬表面為止,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符.經(jīng)典理論遇到的困難紅限問(wèn)題瞬時(shí)性問(wèn)題按經(jīng)典理論，光波能量只與光強(qiáng)和振幅有關(guān)，與頻率無(wú)關(guān)，不能解釋紅限頻率?，F(xiàn)在是17頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期五愛(ài)因斯坦的光量子論（1）“光量子”假設(shè)光子的能量為（2）解釋實(shí)驗(yàn)愛(ài)因斯坦光電方程逸出功與材料有關(guān)對(duì)同一種金屬，

一定，，與光強(qiáng)無(wú)關(guān)光強(qiáng)為光電子的最大初動(dòng)能現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期五愛(ài)因斯坦方程光強(qiáng)越大，光子數(shù)目越多，即單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生光電子數(shù)目越多，光電流越大.（時(shí)）光子射至金屬表面，一個(gè)光子攜帶的能量將一次性被一個(gè)電子吸收，若，電子立即逸出，無(wú)需時(shí)間積累（瞬時(shí)性）.現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期五光電效應(yīng)的應(yīng)用光電效應(yīng)的應(yīng)用1）光電管：光電信號(hào)轉(zhuǎn)換

2）光電二極管：固態(tài)光電探測(cè)器

3）光電倍增管：由10-15個(gè)倍增陰極組成，增大光電流104--105倍，探測(cè)弱光。4）光電成像器件：（光電導(dǎo)攝象管）將輻射圖象轉(zhuǎn)換成為可觀測(cè)、記錄、傳輸、存儲(chǔ)和進(jìn)行處理的圖象。廣泛應(yīng)用于天文學(xué)、空間科學(xué)、X射線放射學(xué)、高速攝影等。5）光敏電阻：用光照改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能制成?，F(xiàn)在是20頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期五§1.1.3康普頓散射1）實(shí)驗(yàn)裝置X射線與電子的碰撞實(shí)驗(yàn)1923年，、吳有訓(xùn)Univ.ofChicago

現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期五2）實(shí)驗(yàn)規(guī)律(2)波長(zhǎng)改變量（0）隨散射角增加而增加，原波長(zhǎng)0強(qiáng)度隨散射角增加而減小，新波長(zhǎng)強(qiáng)度隨散射角增加而增大.(1)

除原波長(zhǎng)0外，出現(xiàn)新的波長(zhǎng)>0(3)不同元素散射物質(zhì)，在同一角度下,（0）與散射物質(zhì)無(wú)關(guān)，原波長(zhǎng)0譜線的強(qiáng)度隨散射物質(zhì)原子序數(shù)的增加而增加，波長(zhǎng)譜線的強(qiáng)度隨散射物質(zhì)原子序數(shù)的增加而減小.現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期五經(jīng)典理論遇到的困難按經(jīng)典理論是X射線的電場(chǎng)迫使散射物中的電子作受迫振動(dòng)，而向周?chē)椛渫l率的電磁波的過(guò)程。散射線的頻率等于入射線頻率驅(qū)動(dòng)力：振動(dòng)方程：穩(wěn)定狀態(tài)的受迫振動(dòng)是一個(gè)與簡(jiǎn)諧驅(qū)動(dòng)力同頻率的簡(jiǎn)諧振動(dòng)。經(jīng)典理論遇到的困難現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期五光子動(dòng)量:能量守恒：動(dòng)量守恒：用愛(ài)因斯坦量子理論解釋康普頓散射