激光原理与技术p7
45页1、上海大学电子信息科学与技术激 光 原 理第四章 电磁场和物质的共振相互作用上海大学物理系电子信息科学与技术教研室上海大学电子信息科学与技术 概述 光与物质共振相互作用的理论处理方法 *谱线加宽及线型函数均匀加宽与非均匀加宽自然加宽、碰撞加宽、晶格热振动加宽多普勒加宽 综合加宽 两种极限情况 考虑谱线加宽后对SP、STE、STA几率的修正受激辐射 & 受激吸收截面 *速率方程的建立四能级系统;单模速率方程第 1 讲上海大学电子信息科学与技术 引言 激光器的物理基础光频电磁场和组成物质的原子( 或离子、分子)内的(束缚)电子的共振相互作用激光器的理论:(1)经典理论经典原子发光模型用经典电磁场 (Maxwell方程组) 描述光用经典原子模型(偶极谐振子)描述原子可以近似描述吸收、色散、自发辐射及自发辐射谱线宽度等 物理现象,不能描述非线性物理过程(饱和,非线性极化等 )。上海大学电子信息科学与技术(2)半经典理论兰姆理论(Lamb,1964)用经典电磁场理论描述光;用量子力学模型描述原子可处理与光的波动性相关的物理现象(包括非线性现象 ),但不能处理与光的粒子性(量子光学)有关的问题,例如
2、光 的量子起伏,光子统计等。 (3)(全)量子理论量子电动力学理论处理方法辐射场与原子都作量子化处理量子电动力学处理光光子 量子力学模型处理原子现代量子光学的基础,可处理与光的粒子性有关的物理 问题,但在处理与光的波动性(例如相位)有关的问题时就 十分复杂。在量子电动力学中,光子数(即光的振幅)与相 位是一对测不准量。 上海大学电子信息科学与技术(4)*速率方程理论量子理论的简化形式电磁场(光子)& 介质原子的相互作用不考虑光子数的量子起伏和光的相位,只讨论光子数(光强) 速率方程理论的出发点SP、STE、STA的基本关系式上海大学电子信息科学与技术4.1 电介质的极化电偶极矩电偶极矩用宏观电极化强度描述物质的极化用宏观电极化强度描述物质的极化在偶极相互作用下,电感应强度(电位移矢量)与在偶极相互作用下,电感应强度(电位移矢量)与E E和电极化强度和电极化强度P P:当当E0, g0, 增益状态n0Vz0 原子朝接收器运动; Vz0 运动原子与光传播方向相同;Vz0Vz1333Pa 均匀加宽为主 红宝石: 低温非均匀加宽;常温均匀加宽 2.7105MHzNd:YAG晶体:晶格热振动引起
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