第2講激光產(chǎn)生機(jī)理與特性

激光原理與技術(shù)第二講激光產(chǎn)生機(jī)理與特性22.1光的相干性32.1光的相干性42.1光的相干性52.1光的相干性62.1光的相干性72.1光的相干性82.1光的相干性92.1光的相干性102.1光的相干性112.1光的相干性光子態(tài)與光波模式是電磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)描述的兩種等效提法，是兩種等效的物理概念；相格的空間體積以及一個(gè)光波模式或光子態(tài)占有的空間體積都等于相干體積；屬于同一狀態(tài)的光子或同一模式的光波是相干的，而不同狀態(tài)的光子或不同模式的光波是不相干的。122.2激光產(chǎn)生的機(jī)理黑體輻射與普朗克公式黑體：一個(gè)物體能夠完全吸收任何波長(zhǎng)的電磁輻射，則稱此物體為絕對(duì)黑體或黑體。自然界中不存在絕對(duì)黑體，而如圖所示的空腔輻射體是黑體的理想近似。黑體輻射：當(dāng)黑體處于某一恒定溫度的熱平衡狀態(tài)，它吸收的電磁輻射和發(fā)射的電磁輻射完全相等，即處于能量平衡狀態(tài)，這將導(dǎo)致空腔內(nèi)存在完全確定的輻射場(chǎng)。這種輻射場(chǎng)稱為黑體輻射或平衡輻射。132.2激光產(chǎn)生的機(jī)理普朗克公式：142.2激光產(chǎn)生的機(jī)理受激輻射與自發(fā)輻射自發(fā)輻射（Spontaneousemission）152.2激光產(chǎn)生的機(jī)理162.2激光產(chǎn)生的機(jī)理如何確定自發(fā)輻射系數(shù)？生活中的自發(fā)輻射？紅寶石晶體自發(fā)輻射平均壽命測(cè)量裝置測(cè)量得到的原子自發(fā)輻射能量衰減曲線172.2激光產(chǎn)生的機(jī)理受激吸收（StimulatedAbsorption）182.2激光產(chǎn)生的機(jī)理受激輻射（StimulatedEmission）192.2激光產(chǎn)生的機(jī)理202.2激光產(chǎn)生的機(jī)理212.2激光產(chǎn)生的機(jī)理受激輻射的相干性自發(fā)輻射和受激輻射的區(qū)別是什么？自發(fā)輻射發(fā)出的光子在相位、傳輸方向、偏振方向等特性上是無(wú)規(guī)則的，即平均分配在腔內(nèi)可能穩(wěn)定存在的所有的電磁場(chǎng)模式上；受激輻射則是受到外加電磁場(chǎng)激發(fā)而產(chǎn)生的過(guò)程，由量子電動(dòng)力學(xué)可以嚴(yán)格證明受激輻射光子與入射光子屬于同一光子態(tài)，即具有相同的頻率、相位、波矢和偏振等特性。按照經(jīng)典原子模型，將原子看作簡(jiǎn)諧振動(dòng)的電偶極子，自發(fā)躍遷是原子中電子的自發(fā)阻尼振蕩，因此每個(gè)原子的自發(fā)躍遷互相之間沒(méi)有關(guān)聯(lián)；而受激輻射可以看作電子在外加光場(chǎng)作用下做受迫振動(dòng)，其振蕩頻率、相位、方向等與外加光場(chǎng)一致。大量原子在同一輻射場(chǎng)激發(fā)下產(chǎn)生的受激輻射光子處于同一光子態(tài)，因而是相干的。222.2激光產(chǎn)生的機(jī)理232.2激光產(chǎn)生的機(jī)理242.2激光產(chǎn)生的機(jī)理252.2激光產(chǎn)生的機(jī)理262.2激光產(chǎn)生的機(jī)理272.2激光產(chǎn)生的機(jī)理?yè)p耗大于增益增益大于損耗282.2激光產(chǎn)生的機(jī)理292.2激光產(chǎn)生的機(jī)理302.2激光產(chǎn)生的機(jī)理312.2激光產(chǎn)生的機(jī)理光學(xué)諧振腔的作用提供正反饋控制激光模式光學(xué)諧振腔的作用很重要，但并不是不可或缺的，在某些高增益工作物質(zhì)構(gòu)成的激光器中，不需要諧振腔就能夠形成自激振蕩，只是相干性較差。32激光的特性1、激光的空間相干性與方向性方向性越好、空間相干性程度越高方向性（發(fā)散角）受衍射極限的限制2、激光的時(shí)間相干性與單色性單色性越好、相干時(shí)間越長(zhǎng)