1-2光的受激輻射

1、1.2 光的受激輻射基本概念一、光的受激輻射概念的產(chǎn)生普朗克1900年，輻射量子化假設(shè)；波爾1913年，原子中電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的量子化假設(shè)；1917年，提出受激輻射概念。1. 黑體輻射的Planck公式：任何物質(zhì)在一定溫度下都要輻射和吸收電磁輻射。黑體：能夠完全吸收任何波長 的電磁輻射的物體?？涨惠椛潴w1熱平衡狀態(tài)：黑體吸收的輻射能量 黑體發(fā)出的輻射能量單色能量密度 ：Planck輻射能量量子化假說：黑體輻射Planck公式：熱平衡狀態(tài)下，黑體輻射分配到腔內(nèi)每個(gè)模式上的平均能量腔內(nèi)單位體積中頻率處于 附近單位頻率間隔內(nèi)的光波模式數(shù)22. 躍遷：躍遷：原子從某一能級(jí)吸收或釋放能量，變成另一能級(jí)。吸收

2、躍遷：低吸收能量高輻射躍遷：高輻射能量低（自發(fā)輻射）33. 受激輻射：愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，若只有自發(fā)輻射和吸收躍遷，黑體和輻射場(chǎng)之間不可能達(dá)到熱平衡，要達(dá)到熱平衡，還必須存在受激輻射。二、自發(fā)輻射、受激吸收和受激輻射1. 自發(fā)輻射發(fā)光前發(fā)光后4普通光源（白熾燈、日光燈、高壓水銀燈）的發(fā)光過程為自發(fā)輻射。各原子自發(fā)輻射發(fā)出的光彼此獨(dú)立，頻率、振動(dòng)方向、相位不一定相同為非相干光。自發(fā)躍遷幾率（自發(fā)躍遷愛因斯坦系數(shù)）：原子在能級(jí) 的平均壽命只與原子本身性質(zhì)有關(guān)，與輻射場(chǎng)無關(guān)52. 受激吸收吸收前吸收后受激吸收躍遷幾率：受激吸收躍遷愛因斯坦系數(shù)只與原子本身性質(zhì)有關(guān)與原子本身性質(zhì)和輻射場(chǎng)能量密度有關(guān)6發(fā)光前發(fā)

3、光后3. 受激輻射當(dāng)外來光子的頻率滿足 時(shí)，使原子中處于高能級(jí)的電子在外來光子的激發(fā)下向低能級(jí)躍遷而發(fā)光。：受激輻射躍遷愛因斯坦系數(shù)只與原子本身性質(zhì)有關(guān)受激輻射躍遷幾率：與原子本身性質(zhì)和輻射場(chǎng)能量密度有關(guān)當(dāng)光與原子相互作用時(shí)，總是同時(shí)存在這三種過程7三、愛因斯坦三系數(shù) 的相互關(guān)系熱平衡狀態(tài)：輻射率 吸收率（輻射場(chǎng)總光子數(shù)保持不變）玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)分布：各能級(jí)上的原子數(shù)密度（集居數(shù)密度）能級(jí) 和 的簡并度， 或稱統(tǒng)計(jì)權(quán)重8與Planck公式比較9結(jié)論：1. 其他條件相同時(shí)，受激輻射和受激吸收具有相同幾率。2. 熱平衡狀態(tài)下，高能級(jí)上原子數(shù)少于低能級(jí)上原子數(shù)，故 正常情況下，吸收比發(fā)射更頻繁，其差額由自發(fā)輻射補(bǔ)償。四、受激輻射的相干性自發(fā)輻射：相互獨(dú)立、互不相關(guān)。受激輻射：受激輻射產(chǎn)生的光子與引起受激輻射的 外來光子具有相同的特征（頻率、相 位、振動(dòng)方向及傳播方向均相同）。受激輻射光子與入射光子屬同一光子態(tài)。3. 自發(fā)輻射的出現(xiàn)隨 而增大，故波長越短， 自發(fā)輻射幾率越大。不相干相干光10總結(jié)自發(fā)輻射、受激吸收、受激輻射含義、特點(diǎn)、相互區(qū)別、相互關(guān)系受激輻射的相干性掌握：愛因斯坦三系數(shù)的相互關(guān)系及所得結(jié)論11了解