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
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
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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,
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吸收后
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吸收前
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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,
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发光前 发光后
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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
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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
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粒子数反转分布
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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
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1E
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基态亚稳态激发态
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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
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激光光束全反射镜
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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
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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.
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全反射镜半透射镜红宝石棒
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脉冲灯
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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
