激 光物理学应用介绍物理学第五版
1
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
激 光物理学应用介绍物理学第五版
2
.
1E
2E
发光前
.
。
2E
1E
h
发光后自发辐射
h
EE 12
自发辐射激 光物理学应用介绍物理学第五版
3
2 光吸收
1E
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?hEE 12
h
吸收后
。
.
2E
1E
h
吸收前
.
1E
2E受激吸收激 光物理学应用介绍物理学第五版
4
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
1E
12 EEh
激 光物理学应用介绍物理学第五版
5
.
1E
2E
.
。
2E
1E
发光前 发光后
h
h
h
受激辐射的光放大示意图受激辐射激 光物理学应用介绍物理学第五版
6
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
jjii ENEN
kTEE
ji jiNN
/)(e/
ij EE?
已知表明,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,
ji NN?
激 光物理学应用介绍物理学第五版
7
叫做粒子数布居反转，简称粒子数反转或称布居反转,
ij NN?
粒子数的正常分布
iE
jE
....,
。 。 。。。 。。 。。 。。 。 。
iN
jN
ij EE?
粒子数反转分布
jE
iE
.......,.......
。 。 。。 。
jN
iN
ij EE?
粒子数正常分布和粒子数布居反转分布激 光物理学应用介绍物理学第五版
8
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,
红宝石中铬离子能级示意图
1E
2E
.
。
。
基态亚稳态激发态
3E
.
激 光物理学应用介绍物理学第五版
9
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 光物理学应用介绍物理学第五版
10
.
激光光束全反射镜
l
光学谐振腔示意图部分透光反射镜光学谐振腔激 光物理学应用介绍物理学第五版
11
三 激光器
1 氦氖气体激光器氦和氖的原子能级示意图基态亚稳态氦 氖
632.8 nm2
3
1
氦氖激光器全反射镜部分反射镜
A K
激 光物理学应用介绍物理学第五版
12
2 红宝石激光器晶体，它发出的激光是脉冲激光，波长为 694.3 nm.
红宝石激光器的工作物质是棒状红宝石
。 。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 光物理学应用介绍物理学第五版
13
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） 激光器能实现小型化,
激 光物理学应用介绍物理学第五版
14
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 2.5 km的隧道掘进偏差不超过 16 nm.
2 单色性好激光的单色性比普通光高 倍,1010
激 光物理学应用介绍物理学第五版
15
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,
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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,
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自发辐射激 光物理学应用介绍物理学第五版
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2 光吸收
1E
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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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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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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已知表明,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,
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叫做粒子数布居反转，简称粒子数反转或称布居反转,
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粒子数正常分布和粒子数布居反转分布激 光物理学应用介绍物理学第五版
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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,
红宝石中铬离子能级示意图
1E
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基态亚稳态激发态
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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光学谐振腔激 光物理学应用介绍物理学第五版
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三 激光器
1 氦氖气体激光器氦和氖的原子能级示意图基态亚稳态氦 氖
632.8 nm2
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氦氖激光器全反射镜部分反射镜
A K
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12
2 红宝石激光器晶体，它发出的激光是脉冲激光，波长为 694.3 nm.
红宝石激光器的工作物质是棒状红宝石
。 。全反射镜半透射镜红宝石棒
。
脉冲灯
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红宝石激光示意图
。
激 光物理学应用介绍物理学第五版
13
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） 激光器能实现小型化,
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14
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 2.5 km的隧道掘进偏差不超过 16 nm.
2 单色性好激光的单色性比普通光高 倍,1010
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15
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,
