精编制作《激光原理及应用》陈家璧第二版PPT课件
306页1、光波是一种电磁波 是E和B的振动和传播 如图 1 1 所示 习惯上常把电矢量叫做光矢量 图 1 1 电磁波的传播 1 线偏振光 1 1 1光波 2 光速 频率和波长三者的关系 1 波长 振动状态在经历一个周期的时间内向前传播的距离 2 光速 3 频率和周期 光矢量每秒钟振动的次数 4 三者的关系 在真空中 各种介质中传播时 保持其原有频率不变 而速度各不相同 1 1 1光波 3 单色平面波 1 平面波 2 单色平面波 具有单一频率的平面波 波阵面或同相面 光波位相相同的空间各点所连成的面 平面波 波阵面是平面 准单色波 实际上不存在完全单色的光波 总有一定的频率宽度 如称为准单色波 理想的单色平面波 简谐波 两式统一写为 其中 U为场矢量大小 代表或的大小 U0为场矢量的振幅 设真空中电磁波的电矢量在坐标原点沿x方向作简谐振动 磁矢量在y方向作简谐振动 频率均为 且t 0时两者的初位相均为零 则 的振动方程分别为 1 1 1光波 2 单色平面波 具有单一频率的平面波 波场中z轴上任一点P的振动方程 设光波以速度c向z方向传播 图 1 1 电磁波的传播 分析 a z一定时 则U代表场矢量
2、在该点作时间上的周期振动 c z t同时变化时 则U代表一个行波方程 代表两个不同时刻空间各点的振动状态 从下式可看出 光波具有时间周期性和空间周期性 时间周期为T 空间周期为 时间频率为1 T 空间频率为1 b t一定时 则U代表场矢量随位置的不同作空间的周期变化 简谐波是具有单一频率 的单色波 但通常原子发光的时间约为10 8s 形成的波列长度约等于3m 因此它的波列长度有限即必然有一定的频率宽度 1 1 1光波 3 平面波的复数表示法光强 线偏振的单色平面波的复数表示 光强 光强与光矢量大小的平方成正比 即 或 复振幅 模量代表振幅在空间的分布 辐角 kz 代表位相在空间的分布 4 球面波及其复数表示法 球面简谐波方程 球面波的复数表示法 1 1 1光波 在真空中一个光子的能量为 动量为 则它们与光波频率 波长之间的关系为 式中h是普朗克常数 h 6 63 10 34J S 1 1 2光子 1 2 1原子能级 简并度 1 原子中电子的状态由下列四个量子数来确定 主量子数n n 1 2 3 代表电子运动区域的大小和它的总能量的主要部分辅量子数 代表轨道的形状和轨道角动量 这也同电子
3、的能量有关 对等的电子顺次用s p d f字母表示磁量子数 即轨道方向量子数 m 0 1 2 代表轨道在空间的可能取向 即轨道角动量在某一特殊方向的分量自旋量子数 即自旋方向量子数 ms 1 2 代表电子自旋方向的取向 也代表电子自旋角动量在某一特殊方向的分量 例 计算每一个壳层 和次壳层 2 2l 1 个 可以容纳的最多电子数 2 电子具有的量子数不同 表示有不同的电子运动状态 例 计算1s和2p态的简并度 1 2 1原子能级 简并度 1 3 1黑体热辐射 1 绝对黑体又称黑体 某一物体能够完全吸收任何波长的电磁辐射 自然界中绝对黑体是不存在的 2 空腔辐射体是一个比较理想的绝对黑体 3 平衡的黑体热辐射 辐射过程中始终保持温度T不变 在量子假设的基础上 由处理大量光子的量子统计理论得到真空中与温度T及频率的关系 即为普朗克黑体辐射的单色辐射能量密度公式 式中k为波尔兹曼常数 4 辐射能量密度公式 单色辐射能量密度 辐射场中单位体积内 频率在附近的单位频率间隔中的辐射能量 1 3 1黑体热辐射 总辐射能量密度 1 自发辐射 自发辐射 高能级的原子自发地从高能级E2向低能级E1跃迁 同
4、时放出能量为的光子 自发辐射的特点 各个原子所发的光向空间各个方向传播 是非相干光 图 1 6 表示自发辐射的过程 1 3 2光和物质的作用 图 1 6 自发辐射 上方程的解为 式中n20为t 0时处于能级E2的原子数密度 自发辐射的平均寿命 原子数密度由起始值降至它的1 e的时间 设高能级En跃迁到Em的跃迁几率为Anm 则激发态En的自发辐射平均寿命为 已知A21 可求得单位体积内发出的光功率 若一个光子的能量为 某时刻激发态的原子数密度为n2 t 则该时刻自发辐射的光功率密度 W m3 为 1 3 2光和物质的作用 2 受激辐射 1 受激辐射 高能级E2上的原子当受到外来能量的光照射时向低能级E1跃迁 同时发射一个与外来光子完全相同的光子 如图 1 8 所示 式中的参数意义同自发辐射 B21称为爱因斯坦受激辐射系数 简称受激辐射系数 3 同理从E2经受激辐射跃迁到E1具有一定的跃迁速率 在此假设外来光的光场单色能量密度为 则有 图 1 8 光的受激辐射过程 1 3 2光和物质的作用 4 令 则有 5 注意 自发辐射跃迁几率就是自发辐射系数本身 而受激辐射的跃迁几率决定于受激辐射系
5、数与外来光单色能量密度的乘积 则W21 即受激辐射的跃迁几率 的物理意义为 单位时间内 在外来单色能量密度为的光照下 E2能级上发生受激辐射的粒子数密度占处于E2能级总粒子数密度的百分比 1 3 2光和物质的作用 式中B12称为爱因斯坦受激吸收系数 2 同理从E1经受激吸收跃迁到E2具有一定的跃迁速率 在此假设外来光的光场单色能量密度为 且低能级E1的粒子数密度为n1 则有 3 受激吸收 1 处于低能级E1的原子受到外来光子 能量 的刺激作用 完全吸收光子的能量而跃迁到高能级E2的过程 如图 1 9 所示 图 1 9 光的受激吸收过程 1 3 2光和物质的作用 1 3 3自发辐射 受激辐射和受激吸收之间的关系 1 在光和原子相互作用达到动平衡的条件下 有如下关系 由波尔兹曼分布定律可知 自发辐射光子数 受激辐射光子数 受激吸收光子数 将 代入 得 由此可算得热平衡空腔的单色辐射能量密度为 将上式与第三节中由普朗克理论所得的黑体单色辐射能量密度公式比较可得 式和 式就是爱因斯坦系数间的基本关系 虽然是借助空腔热平衡这一过程得出的 但它们普遍适用 2 如果 则有 在折射率为的介质中 式应改
《精编制作《激光原理及应用》陈家璧第二版PPT课件》由会员ahu****ng2分享,可在线阅读,更多相关《精编制作《激光原理及应用》陈家璧第二版PPT课件》请在金锄头文库上搜索。
某销售公司专业培训资料(ppt 64页)
某公司市场营销策略研究(PPT 46页)
网络营销导向的企业网站建设(powerpoint 32页)
整合营销传播的设计与管理(powerpoint 58页)
某地产营销策略报告(PPT 114页)
网络营销基础(powerpoint 80页)
网络营销的理论基础(powerpoint 35页)
基于数据挖掘的数据业务精确营销(powerpoint 44页)
社区宽带综合业务系统(powerpoint 32页)
某公司市场营销策略研究(PPT 46页)
某地产营销策略报告(PPT 114页)
营销策略案例汇总(2个powerpoint 1个pdf 29个doc)
华为Sx700交换机销售策略指导书(PPT 51页)
信托业务政策汇编(powerpoint 195页)
消费者期望及感知动机的作用研讨(powerpoint 78页)
电视台汽车栏目营销策略研究(powerpoint 55页)
微信营销概述(powerpoint 89页)
销售计划管理讲义课件(powerpoint 73页)
某含片营销策略研究报告(powerpoint 82页)
贵金属网络营销方案(powerpoint 45页)
2023-09-09 110页
2023-09-09 107页
2023-03-07 70页
2023-03-07 178页
2022-07-14 64页
2022-07-14 95页
2022-07-14 52页
2022-07-14 56页
2022-07-13 43页
2022-07-13 44页