第十九章 量子物理19 – 11 激 光
一 自发辐射 受激辐射
1 自发辐射
原子在没有外界干预的情况下,电子会由处于激发
态的高能级 自动跃迁到低能级,这种跃迁称为自
发跃迁,由自发跃迁而引起的光辐射称为自发辐射,2E 1E
h
EE 12 ???
.
1E
2E
发光前
.
。
2E
1E
?h
发光后
自
发
辐
射
第十九章 量子物理19 – 11 激 光
2 光吸收
原子吸收外来光子能量,并从低能级 跃迁
到高能级,且,这个过程称为光吸收,
2E
1E
?hEE ?? 12
?h
吸收后
。
.
2E
1E
?h
吸收前
.
1E
2E
受激吸收
第十九章 量子物理19 – 11 激 光
3 受激辐射
由受激辐射得到的放大了的光是相干光,称之为激光,
原子中处于高能级 的电子,会在外来光子 (其频率
恰好满足 )的诱发下向低能级 跃迁,并发
出与外来光子一样特征的光子,这叫受激辐射,
2E
1E12 EEh ???
.
1E
2E
.
。
2E
1E
发光前 发光后
?h
?h
?h
受激辐射的光
放大示意图
第十九章 量子物理19 – 11 激 光
二 激光原理
1 粒子数正常分布和粒子数布居反转分布
kTEi iCN /e ?? 2211 ENEN ??
kTEENN /)(21 21e/ ???
表明,处于低能级的电子数大于高能级的
电子数,这种分布叫做粒子数的正常分布, 叫
做粒子数布居反转,简称粒子数反转或称布居反转, 12 NN ?
21 NN ?
12 EE ?
已知
粒子数的正常分布
1E
2E
....,
。 。 。。。 。。 。。 。。 。 。
1N
2N
12 EE ?
粒子数反转分布
2E
1E
.......,.......
。 。 。。 。
2N
1N
12 EE ?
第十九章 量子物理19 – 11 激 光
美国物理学家梅曼于 1960年 9月制成第一台红
宝石固体激光器,
从外界输入能量（如光照,放电等）,把低能级
上的原子激发到高能级上去,这个过程叫做 激励 （也
叫泵浦）,
红宝石中铬离子能级示意图
.
1E
2E
.
。
。
基态
亚稳态
激发态
3E
第十九章 量子物理19 – 11 激 光
2 光学谐振腔 激光的形成
光在粒子数反转的工作物质中往返传播,使谐振腔
内的光子数不断增加,从而获得很强的光,这种现象叫做
光振荡,
加强光须满足 驻波条件
2
?kl ?
.
激光光束
全反射镜 l
光学谐振腔示意图
部分透光反射镜
第十九章 量子物理19 – 11 激 光
三 激光器
1 氦氖气体激光器
氦氖激光器
全反射镜部分反射镜
A K
输出的激光单色性好、结构简单、使用方便、成本
低等优点．
氦和氖的原子能级示意图
基态
亚稳态
氦 氖
632.8nm
12
3
第十九章 量子物理19 – 11 激 光
2 红宝石激光器
红宝石激光器的工作物质是棒状红宝石晶体，它
发出的激光是脉冲激光，波长为 694.3nm.
。 。
。
全
反
射
镜
半
透
射
镜
红宝石棒
。
脉冲灯
0U
U
红宝石激光示意图
激光器发展的主要方面
（ 1）扩展了激光
的波长范围,
（ 2）激光的功率
大大提高,
（ 3）激光器已能
实现小型化,
第十九章 量子物理19 – 11 激 光
四 激光器的特性和应用
1 方向性好
利用激光准直仪可使长为 2.5km的隧道掘进偏差
不超过 16nm.
2 单色性好
3 能量集中
4 相干性好
普通光源的发光过程是自发辐射,发出的不是相
干光,激光的发光过程是受激辐射,它发出的光是相
干光,
激光的 单色性比普通光高 倍,1010