光電子學(xué)(第一章3)

光電子學(xué)第一章光與物質(zhì)相互作用基礎(chǔ)第三講

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第二講要點回顧描述輻射場的幾個物理量為什么要考慮輻射頻譜？談?wù)勀銓τ蔁崃W(xué)理論得到的實驗定律意義的認(rèn)識；談?wù)勛园l(fā)輻射、受激吸收和受激輻射之間的聯(lián)系和區(qū)別；光與物質(zhì)相互作用基礎(chǔ)1§1-5自發(fā)輻射、受激吸收和受激輻射

§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光的波動理論與光子學(xué)說§1-6譜線形狀和寬度第三講要點均勻加寬非均勻加寬譜線加寬原因？輻射理論（經(jīng)典、半經(jīng)典）

1

3

2

一、譜線加寬與線型函數(shù)二、自然加寬的線型函數(shù)的推導(dǎo)

Na光燈發(fā)黃光射光譜儀，達(dá)底板，若干細(xì)線光譜，每條——譜線，與光源

(

)對應(yīng)；

光譜線，有寬度，粒子能級間躍遷輻射不單一

電磁波。

注意：經(jīng)典與量子解釋！為什么有寬度?

原（分）子阻尼振動，粒子發(fā)光，一段t發(fā)射有限波列；

波形頻譜，若干簡諧波疊，躍遷發(fā)EM波分布中心

附近小

范圍單色波組合，譜線寬度。

1.經(jīng)典的觀點2.量子力學(xué)的觀點§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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、譜線加寬對原子與輻射場相互作用的影響測不準(zhǔn)關(guān)系，某刻粒子能級不定，

，能級不單一。粒子自發(fā)輻射發(fā)光增寬不可避免——自然加寬，譜線寬

vN

問題:自然加寬?

意義?

粒子表示

E1ΔE2ΔE2ΔE1E1(a)E2E1(b)(c)能級表示E1E2E2E1§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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、譜線加寬與線型函數(shù)二、自然加寬的線型函數(shù)的推導(dǎo)1.經(jīng)典的觀點2.量子力學(xué)的觀點三、譜線加寬對原子與輻射場相互作用的影響譜線強(qiáng)度縱，

橫標(biāo)，光強(qiáng)分布，線型函數(shù)g(v)?？傒椛涔β蔍0光譜，v~v+dv輻射功率與總功率比隨

分布：

線型函數(shù)g：

g(v)從最大(vo)

一半,對應(yīng)

范圍。

區(qū)分能級簡并度g!為什么g(v)躍遷幾率按

分布函數(shù)?

§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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、譜線加寬與線型函數(shù)二、自然加寬的線型函數(shù)的推導(dǎo)1.經(jīng)典的觀點2.量子力學(xué)的觀點三、譜線加寬對原子與輻射場相互作用的影響g(v)歸一化：g(

)躍遷幾率按

分布函數(shù)。

譜線寬度定義：粒子高E2自發(fā)輻射到基態(tài)E1，E2粒子。初E2粒子n20，t后：

——衰減因子=自發(fā)躍遷幾率比較§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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、譜線加寬與線型函數(shù)二、自然加寬的線型函數(shù)的推導(dǎo)三、譜線加寬對原子與輻射場相互作用的影響自發(fā)輻射光強(qiáng)

：

光EM理論：

衰減因子，自然加寬譜線寬度：

見教材！§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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、譜線加寬與線型函數(shù)二、自然加寬的線型函數(shù)的推導(dǎo)三、譜線加寬對原子與輻射場相互作用的影響

小，譜線寬窄，光純。

自然加寬g(

)（略）：結(jié)論：自發(fā)輻射dn21/dt同沒考慮譜線加寬。

A21和B21關(guān)系自發(fā)輻射：輻射：

§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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、譜線加寬與線型函數(shù)二、自然加寬的線型函數(shù)的推導(dǎo)三、譜線加寬對原子與輻射場相互作用的影響

譜線加寬，高能級粒子隨t變：或：外場影響受激吸收和輻射(1-5-12)，

(1-6-22)B21(

)與B21關(guān)系，

受激躍遷幾率：受激輻射系數(shù)1.輻射場線寬?。?zhǔn)單色）2.原子與連續(xù)譜光輻射場作用§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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、譜線加寬與線型函數(shù)二、自然加寬的線型函數(shù)的推導(dǎo)三、譜線加寬對原子與輻射場相互作用的影響

線寬，受激躍遷引高能粒子變化：譜線加寬dn21/dt不再=n2B21w(

)，

兩情況：

為

單色輻射場w(

)作用，

受激躍遷幾率:輻射場中心

，寬

<<

（原子能級寬），被積函數(shù)小范圍非零值受激躍遷高能粒子變化，

dn21/dt不簡單=n2B21w(

)，

線型函數(shù)常數(shù)，w=w(v)。

受激輻射受激吸收1.輻射場本身線寬極小（準(zhǔn)單色光）2.原子與連續(xù)譜光輻射場作用輻射場原子發(fā)光能級§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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、譜線加寬與線型函數(shù)二、自然加寬的線型函數(shù)的推導(dǎo)三、譜線加寬對原子與輻射場相互作用的影響

物理意義:

§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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)典理論輻射場原子發(fā)光能級1.輻射場本身線寬極?。?zhǔn)單色光）2.原子與連續(xù)譜光輻射場作用一、譜線加寬與線型函數(shù)二、自然加寬的線型函數(shù)的推導(dǎo)三、譜線加寬對原子與輻射場相互作用的影響

譜線加寬，與原子互作用光

不精確=發(fā)光中心

0產(chǎn)生受激躍遷，

偏離

0不大范圍，都受激躍遷，

=

0躍遷幾率最大，偏離

0幾率劇。

w(

0)連續(xù)譜輻射場中心

0單色能量密度與1相反，發(fā)光

遠(yuǎn)<輻射場

。

受激躍遷幾率：§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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)典理論原子發(fā)光帶寬輻射場1.輻射場本身線寬極小（準(zhǔn)單色光）

2.原子與連續(xù)譜光輻射場作用一、譜線加寬與線型函數(shù)二、自然加寬的線型函數(shù)的推導(dǎo)三、譜線加寬對原子與輻射場相互作用的影響

(1-6-24)被積函數(shù)在中心

0小范圍非0，w(

0)代替w(

)，(1-6-24)：

與前一致，黑體輻射場連續(xù)譜場。

一、均勻加寬二、非均勻加寬譜線寬度分析：§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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)典理論均勻加寬非均勻加寬

均勻加寬：發(fā)光粒子發(fā)光對譜線任

貢獻(xiàn)。粒子地位同，發(fā)光原子整線型發(fā)射，不能特定

和特定粒子聯(lián)系；自然加寬：均勻加寬，原子能態(tài)不無限窄，譜線有寬度——譜線加寬——輻射阻尼加寬；碰撞加寬：均勻加寬，無規(guī)運(yùn)動態(tài)分子互碰撞譜線加寬。晶體：原子晶格不動，其他原子偶極矩作用，無規(guī)變運(yùn)動態(tài)，能態(tài)變；

自然加寬線型函數(shù)

vN—自然加寬譜線寬度§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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、均勻加寬二、非均勻加寬氣體分子：運(yùn)動受其他分子作用，能態(tài)變，壽命縮，發(fā)光單色性差;

能量變分子碰撞造成。碰撞加寬線型洛侖茲函數(shù)，與(1-6-20)比：

L碰撞線寬，

寬度。碰撞加寬：1341激發(fā)和基態(tài)原子碰撞內(nèi)能給基態(tài)原子躍至激發(fā)態(tài)，

回到基態(tài)：

碰撞能級壽命縮，類自發(fā)輻射——橫向弛豫23激發(fā)態(tài)和其它原子或器壁碰撞內(nèi)能變其它原子動能或給器壁，自己回基態(tài)：粒子激發(fā)態(tài)壽命縮激發(fā)態(tài)和其它原子碰原子發(fā)波列無規(guī)相位突變，

波列t短；

等效原子壽命縮

激發(fā)—同類原子

激發(fā)—其它原子、器壁

激發(fā)—其它原子碰撞波列t縮

問題：碰撞加寬原因？§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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、均勻加寬二、非均勻加寬大量原（分）子無規(guī)碰撞碰撞種類（加寬原因）：碰撞線寬：

碰撞隨機(jī)，統(tǒng)計：碰撞加寬線型洛侖茲型§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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、均勻加寬二、非均勻加寬任原子與其它原子碰撞平均t間隔

L，頻繁程度——平均碰撞t

碰撞加寬線函：平均碰撞

L與氣體壓強(qiáng)，原（分）子碰撞截面，T有關(guān)氣體壓強(qiáng)不高，T不低，碰撞線寬

L與氣壓p正比，

問題：氣體及固體激光工作物質(zhì)，加寬原因？§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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、均勻加寬二、非均勻加寬

L=p；

隨氣體和譜線不同。固體激光工作物質(zhì)，原子互作用引加寬小，

加寬原因：

(a)原子與晶格互作用致無輻射躍遷——激發(fā)態(tài)能級壽命縮短；

(b)晶格熱振動——能級位置、范圍變，加寬。影響因素對所有粒子同，均勻加寬。

自然加寬與碰撞加寬屬均勻加寬，譜線型同，加寬相加。問題：為什么不能發(fā)絕對單色光？§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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、均勻加寬二、非均勻加寬

H均勻加寬線寬：譜線，碰撞遠(yuǎn)>自然加寬；氣體：低氣壓，自然加寬顯示；

為什么不可能發(fā)絕對單色光？自然加寬譜線寬度最低值，不存在線寬0，不可能發(fā)絕對單色光；

均勻加寬譜線加寬，另加寬，氣體工作物質(zhì)考慮—非均勻加寬（多普勒）

定義：粒子發(fā)光對譜線內(nèi)確定

貢獻(xiàn)；不同粒子對譜線加寬g(

)不同

各貢獻(xiàn)非均勻氣體工作物質(zhì)多普勒加寬原因：§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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、均勻加寬二、非均勻加寬熱運(yùn)動發(fā)光原（分）子發(fā)出輻射多普勒頻移引起。多普勒效應(yīng)

發(fā)光原子（光源）中心

0(h0=E2-E1)，原子相對接收器靜止，接收器測

0，原子相對接收器vz運(yùn)動，接收器測光波

光學(xué)多普勒效應(yīng)

vz/c<<1氣體分子熱運(yùn)動，發(fā)光粒子發(fā)出輻射多譜勒效應(yīng)引線寬——多譜勒線寬多普勒平移多普勒加寬（譜線）多普勒加寬：§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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、均勻加寬二、非均勻加寬原子熱運(yùn)動，不同視向v原子數(shù)不同，不同多普勒位移強(qiáng)度不同，譜線加寬激光器，原子和光波場作用，中心

0運(yùn)動原子和沿z傳播

單色光互作用；

單色光原子§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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、均勻加寬二、非均勻加寬單色光光源發(fā)出，原子感受光波接收器，靜止(vz=0)，感受光波

，

=

0最大共振互作用（最大受激躍遷幾率）；中心

0，沿z以vz運(yùn)動，離開光源，原子感受光波

變

’；

’=

0最大互作用，當(dāng)即或最大互作用。運(yùn)動原子與光作用，原子不再

0，中心

光

=

0’最大作用

0’運(yùn)動原子中心

。

§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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、均勻加寬二、非均勻加寬運(yùn)動原子v各不同，不同運(yùn)動原子與不同

光波不同最大互作用。結(jié)論：沿z傳播光與中心

0速度vz運(yùn)動原子互作用，中心

。

原子沿光傳播向運(yùn)動，vz>0；單色光原子反向，vz<0；

氣體：分（原）子熱運(yùn)動v麥克斯韋v分布律，T平衡態(tài)，

單位體積z向v分量vz~vz+dvz原子數(shù)：原子數(shù)按v分布1-7-3a

§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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)典理論速度頻率一、均勻加寬二、非均勻加寬m分（原）子質(zhì)量；

n單位體積分（原）子數(shù)

令，原子中心

0’分布函數(shù)(1-7-8)代(1-7-9)上下兩能級原子數(shù)n2，n1中心

0’分布：§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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、均勻加寬二、非均勻加寬不考慮自然和碰撞加寬（均勻），原子自發(fā)輻射

=

’0，

n2原子(1-7-13)中心

分布，

處

-

+d原子自發(fā)輻射功率：

§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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、均勻加寬二、非均勻加寬線型函數(shù)定義g(

,

0)=I(

)/I，多譜勒線型函數(shù)原子數(shù)中心

分布函數(shù)：

gD(

,

0)高斯函數(shù)，

=

0是多譜勒線寬。(1-7-15)為：

§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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、均勻加寬二、非均勻加寬半值寬度

DgD(

)=1/2gD(

0)：

均勻加寬線型函數(shù)

多譜勒線寬非均勻線寬。

多譜勒加寬，不同v粒子光譜

不同，非均勻加寬，

問題：氣體和固體工作物質(zhì)非均勻加寬原因？§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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、均勻加寬二、非均勻加寬氣體工作物質(zhì)：非均勻加寬多譜勒加寬。固體：不存在多譜勒加寬。固體引起非均勻加寬原因：晶格缺陷。譜線加寬，線型函數(shù)均勻和非均勻加寬疊加——綜合加寬。

任v粒子自然和碰撞加寬，這v粒子發(fā)光

均勻加寬。多譜勒非均勻加寬，含許多均勻加寬。非均勻加寬每

都輻射一均勻加寬譜線。自然加寬均勻加寬多普勒加寬非均勻加寬孤立原子靜態(tài)發(fā)射譜線有寬度發(fā)光粒子發(fā)光對譜線內(nèi)任

貢獻(xiàn)大量發(fā)光粒子每粒子地位同，每發(fā)光原子整線型發(fā)射，不把某特定

和粒子聯(lián)系發(fā)光原子不斷熱運(yùn)動，發(fā)光波多普勒頻移不同原子不同熱運(yùn)動v，發(fā)光波頻移大小不同主要氣體固體無發(fā)光粒子發(fā)光對譜線內(nèi)某確定

貢獻(xiàn)

固體晶格缺陷引起§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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、均勻加寬二、非均勻加寬一、經(jīng)典理論二、半經(jīng)典理論1.經(jīng)典振子（原子自發(fā)輻射的經(jīng)典模型）2.封閉腔的振動模（光波模式、光子態(tài)、相格）§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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

(1-8-3)(1-8-2)阻尼項經(jīng)典原子內(nèi)電子運(yùn)動，簡諧或阻尼振動規(guī)律運(yùn)動電偶極子，簡諧振子。模型：原子中電子被與位移成正比彈性恢復(fù)力束縛平衡位置x=0，偏離平衡位移x≠0，恢復(fù)力f=-kx作用。

運(yùn)動方程：解（無阻尼振蕩）

0簡諧

，，簡單振源模型。半

整數(shù)倍m,n整數(shù)cos

,cos

方向余弦

①光波模式②光子態(tài)§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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、經(jīng)典理論二、半經(jīng)典理論1.經(jīng)典振子（原子自發(fā)輻射的經(jīng)典模型）2.封閉腔的振動模（光波模式、光子態(tài)、相格）③相格§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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光波模式②光子態(tài)

一、經(jīng)典理論二、半經(jīng)典理論1.經(jīng)典振子（原子自發(fā)輻射的經(jīng)典模型）2.封閉腔的振動模（光波模式、光子態(tài)、相格）③相格§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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光波模式②光子態(tài)

一、經(jīng)典理論二、半經(jīng)典理論1.經(jīng)典振子（原子自發(fā)輻射的經(jīng)典模型）2.封閉腔的振動模（光波模式、光子態(tài)、相格）③相格——相體積（相格）立方體的1/8光子有兩偏振狀態(tài)§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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光波模式②光子態(tài)一、經(jīng)典理論二、半經(jīng)典理論1.經(jīng)典振子（原子自發(fā)輻射的經(jīng)典模型）2.封閉腔的振動模（光波模式、光子態(tài)、相格）③相格

受激吸收，受激和自發(fā)輻射建立量子基礎(chǔ)上：原子處理量子力學(xué)，光場經(jīng)典（麥克斯韋方程）；

優(yōu)點：精確與激光有關(guān)過程；愛因斯坦受激輻射，吸收B和自發(fā)輻射A關(guān)系反映自發(fā)輻射；

缺點：不能闡明自發(fā)輻射；

半經(jīng)典原子量子力學(xué)，光場量子電動力學(xué)，量子化，“場振子”；

優(yōu)點：反映自發(fā)輻射半經(jīng)典法沒反映物理過程。

缺點：復(fù)雜，抽象，不直觀。

量子一、經(jīng)典理論二、半經(jīng)典理論§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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

半經(jīng)典與量子理論；

給EM場，體系含在力學(xué)范圍，量子躍遷理論計算：Em

En

激發(fā)態(tài)基態(tài)入射光1.光和微觀粒子的相互作用2.愛因斯坦系數(shù)的計算§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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、經(jīng)典理論二、半經(jīng)典理論原子受入射光作用躍遷到激發(fā)態(tài)幾率：原子能量

Em-En，En初態(tài)；Em激發(fā)態(tài)，

相反激發(fā)態(tài)躍遷到低態(tài)幾率：原子能量

Em-En。

半經(jīng)典理論：原子

能量取自光場，En

Em躍遷幾率和光部分能量（等同Em-En）被吸收幾率等同。En

Em躍遷能量差Em-En=作用光量子能量h

，適合，發(fā)生。入射光譜中須含能量光量子。Em

En

§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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.光和微觀粒子的相互作用2.愛因斯坦系數(shù)的計算一、經(jīng)典理論二、半經(jīng)典理論En

Em躍遷入射光譜存在

才可能。

躍遷En

Em實現(xiàn)，含

nm光微擾：入射光分解為單色光，En

Em躍遷實現(xiàn)，有頻率

mn波（光量子）。

能量守恒，光作用，激發(fā)Em

躍遷到低能En

光量子發(fā)射。

§1-1光波動理論與光子學(xué)說§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