第一章-光的吸收和發(fā)射課件

激光光譜學奚婷婷中國科學院研究生院物理學院激光光譜學奚婷婷1officehour:周三3、4節(jié)，N606課程要求:30%平時+70%筆試聯(lián)系方式:ttxi@officehour:周三3、4節(jié)，N606課程要求:2參考書:1.WolfgangDemtr?der,LaserSpectroscopy:BasicConceptsandInstrumentation3rdEditionSpinger-VerlagBerlinHeidelbergNewYork2.W.戴姆特瑞德，《激光光譜學：基本概念和儀器手段》，科學出版社，北京，19893.A.科尼，《原子光譜學和激光光譜學》，科學出版社，北京，19844.光的量子論，R.Loudon,1992參考書:1.WolfgangDemtr?der,Las3第一章光的吸收和發(fā)射立方腔1.1腔模第一章光的吸收和發(fā)射立方腔1.1腔模4駐波腔模對于每一個有兩個獨立的方向每組對于兩個腔模駐波腔模對于每一個有兩個獨立的方向每組對于兩個腔模5模的數(shù)目:在一定頻率范圍內，單位體積的模數(shù):模的數(shù)目:在一定頻率范圍內，單位體積的模數(shù):61.2熱輻射和普朗克定律光子輻射場吸收和發(fā)射的能量只能是配分函數(shù)每個模的平均能量能量密度一個模含有能量的幾率1.2熱輻射和普朗克定律光子輻射場吸收和發(fā)射的能量只能是配7自發(fā)輻射受激輻射受激吸收1.3自發(fā)輻射、受激輻射和受激吸收自發(fā)輻射受激輻射受激吸收1.3自發(fā)輻射、受激輻射和受激吸收8A21自發(fā)輻射系數(shù)B21受激輻射系數(shù)B12受激吸收系數(shù)A21,B21與B12統(tǒng)稱為愛因斯坦系數(shù)A21自發(fā)輻射系數(shù)B21受激輻射系數(shù)B12受激吸收系數(shù)A219愛因斯坦系數(shù)的關系(A21,B21與B12)考慮一個達到熱平衡的空腔系統(tǒng)組成腔壁的粒子吸收和發(fā)射的光子數(shù)相等空腔中的輻射場將有一個穩(wěn)定的分布各能級粒子數(shù)符合玻爾茲曼分布愛因斯坦系數(shù)的關系(A21,B21與B12)考慮一個達到10熱輻射場中每個模的平均光子數(shù)熱輻射場中每個模的平均光子數(shù)111.4吸收和色散電偶極矩折射率的經典模型極化強度其中1.4吸收和色散電偶極矩折射率的經典模型極化強度其中12極化強度折射率得到折射率在壓強足夠低的氣體介質中，折射率接近于1這時，可以近似：極化強度折射率得到折射率在壓強足夠低的氣體介質中，折射率接近13克喇末-克朗尼格色散關系克喇末-克朗尼格色散關系14克喇末-克朗尼格色散關系在分子躍遷頻率附近的范圍內色散關系簡化為：克喇末-克朗尼格色散關系在分子躍遷頻率附近的范圍內色15在分子躍遷中心頻率附近的色散關系在分子躍遷中心頻率附近的色散關系16電磁波描述光強的衰減其中是吸收系數(shù)電磁波描述光強的衰減其中是吸收系數(shù)17當吸收系數(shù)與光強無關時線性吸收的Beer定律當吸收系數(shù)與光強無關時線性吸收的Beer定律18振子強度鈉原子能級圖振子強度鈉原子能級圖191.5躍遷幾率能級的平均自發(fā)壽命自發(fā)輻射總躍遷幾率個分子發(fā)生躍遷而發(fā)射的輻射功率1.5躍遷幾率能級的平均自發(fā)壽命自發(fā)輻射總躍遷幾率個分子發(fā)20碰撞感生無輻射躍遷受激輻射其中平均壽命碰撞感生無輻射躍遷受激輻射其中平均壽命211.6線性吸收和非線性吸收其中強度為I的波沿z方向通過吸收樣品時，強度衰減：不因與輻射場的作用而顯著改變時當粒子數(shù)密度線性吸收1.6線性吸收和非線性吸收其中強度為I的波沿z方向通過吸收22非線性吸收不再正比于強度為I的波沿z方向通過吸收樣品時，強度衰減：非線性吸收不再正比于強度為I的波沿z方向通過吸收樣品時，強度23以二能級系統(tǒng)為例說明非線性吸收二能級系統(tǒng)的速率方程：其中穩(wěn)定條件下：以二能級系統(tǒng)為例說明非線性吸收二能級系統(tǒng)的速率方程：其中穩(wěn)定24穩(wěn)定條件下：二能級吸收系數(shù)：?。浩渲校悍€(wěn)定條件下：二能級吸收系數(shù)：取：其中：251.7相干性時間相干輻射場中點P的場振幅作為擴展光源各不同點出發(fā)的分波的疊加空間相干1.7相干性時間相干輻射場中點P的場振幅作為擴展光源各不