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激光原理课件1-2+&+1-3

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常见问题

1、第二讲课程内容,回顾上节课的内容 1.2 常见的光源 1.3光辐射的基本规律受激辐射,单色性越好，相干性就越好,二、光源的相干性,由杨氏双缝干涉实验讨论光波的相干体积：,两光波场具有明显相干性的条件：,光源的相干体积：,结论3：相格的空间体积相干体积。,光子的观点分析杨氏干涉现象：,相格空间体积,结论：,处于同一相格中的光子数，,三、光子简并度,决定了相干光强，反映光源的单色亮度。,一个光波模式所占空间体积,同一光子态所占空间体积,处于同一模式中的光子数，,处于相干体积内的光子数，,处于同一光子态的光子数。,第二讲课程内容,回顾上节课的内容 1.2 常见的光源 1.热辐射光源 2.气体放电光源 3.发光二极管 1.3光辐射的基本规律受激辐射,一、热辐射光源,任何物体只要其温度大于绝对零度，就会向外界辐射能量，其辐射特性与温度有关。,1.2 常见的光源,大气层外的太阳光谱能量分布相当于5900K左右的黑体辐射。,1. 太阳,黑体辐射光谱普朗克公式,白炽灯是照明工程和光电测量中最常用的光源之一。白炽灯发射的是连续光谱。白炽灯使用和量值复现方便，它的发光特性稳定，寿命长，因而也

2、广泛用作各种辐射度量和光度量的标准光源。,2. 白炽灯,利用气体放电原理制成的光源称为气体放电光源。制作时在灯中充入发光用的气体，如氢、氦、氘、氙、氪等，或金属蒸气，如汞、镉、钠、铟、铊、镝等。在电场作用下激励出电子和离子，气体变成导电体。当离子向阴极、电子向阳极运动时，从电场中得到能量，当它们与气体原子或分子碰撞时会激励出新的电子和离子。由于这一过程中有些内层电子会跃迁到高能级，引起原子的激发，受激原子回到低能级时就会发射出可见辐射或紫外、红外辐射。这样的发光机制被称为气体放电原理。,二、气体放电光源,（a）称为线状光谱，由若干条明显分隔的细线组成，如低压汞灯。图（b）称为带状光谱，它由一些分开的谱带组成，每一谱带中又包含许多细谱线。如高压汞灯、高压钠灯就属于这种分布。图（c）为连续光谱，所有热辐射光源的光谱都是连续光谱，图（d）是混合光谱，它由连续光谱与线、带谱混合而成，一般荧光灯的光谱就属于这种分布。,发光二极管（light emitting diode，LED）是一种注入式电致发光器件，它由p型和n型半导体组合而成，是少数载流子在p-n结区的注入与复合而产生发光的一种半导

3、体光源。,三、发光二极管,实际上发光二极管就是一个由直接带隙半导体（如GaAs）制成的PN接二极管。半导体内电子空穴对的复合就产生光子发射。,工作原理,第二讲课程内容,回顾上节课的内容 1.2 常见的光源 1.3光辐射的基本规律受激辐射,1.3 光辐射的基本规律,一、光的受激辐射概念的产生,普朗克1900年，辐射量子化假设；,玻尔1913年，原子中电子运动状态的量子化假设；,爱因斯坦1917年，提出受激辐射概念。,1. 黑体辐射的Planck公式：,任何物质在一定温度下都要辐射和吸收电磁辐射。,黑体：能够完全吸收任何波长的电磁辐射的物体。,空腔辐射体,热平衡状态：,黑体吸收的辐射能量黑体发出的辐射能量,Planck辐射能量量子化假说：,2. 跃迁：,跃迁：原子从某一能级吸收或释放能量，变成另一能级,3. 受激辐射：,爱因斯坦发现，若只有自发辐射和吸收跃迁，黑体和辐射场之间不可能达到热平衡，要达到热平衡，还必须存在受激辐射。,二、自发辐射、受激吸收和受激辐射,1. 自发辐射,自发跃迁几率（自发跃迁爱因斯坦系数）：,只与原子本身性质有关，与辐射场无关,2. 受激吸收,受激吸收跃迁几率：,：受激吸收跃迁爱因斯坦系数,只与原子本身性质有关,与原子本身性质和辐射场能量密度有关,3. 受激辐射,当光与原子相互作用时，总是同时存在这三种过程,三、爱因斯坦三系数的相互关系,各能级上的原子数密度（布居数密度）,玻尔兹曼统计分布：,能级和的简并度，或称统计权重,与Planck公式比较,结论：,1. 其他条件相同时，受激辐射和受激吸收具有相同几率。,2. 热平衡状态下，高能级上原子数少于低能级上原子数，故正常情况下，吸收比发射更频繁，其差额由自发辐射补偿。,作业一：,根据书中(1.2.10)和(1.2.12)详细推导出并谈谈与Planck公式比较得到的(1.2.14)和(1.2.15) 两式的意义。预习第一章后面的习题,四、受激辐射的相干性,自发辐射：相互独立、互不相关。,受激辐射：受激辐射产生的光子与引起受激辐射的外来光子具有相同的特征（频率、相位、振动方向及传播方向均相同）。,受激辐射光子与入射光子属同一光子态。,不相干,相干光,

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