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第十六章 光的量子性和激光基础光的波动性可以很好地解释光传播时的干涉、衍射、偏振等现象。
光的量子性黑体辐射、光电效应等
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第一节 光的量子性一、光电效应与爱因斯坦光子学说
1、光电效应规律 （如图 16－ 1所示）
（ 1）对某一光电阴极材料而言，在入射光频率不变的条件下，
饱和电流的大小与入射光的强度成正比。
（ 2）光电子的能量与入射光的强哭无关，而只与入射光的频率有关，
频率越高，光电子的能量越大。
（ 3）入射光有一截止频率，在这个极限频率以下，不论入射光多强，
照射时间多长，都没有光电子发射。这一截止频率称为光电效应的红限。不同的金属具有不同的红限。
（ 4）即使光的强度非常弱，只要照射光的频率大于某一极限值，在开始照射后就有光电子产生，不存在一个可测的弛豫时间。
2、爱因斯坦光子学说
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二、光的波粒二象性光既表现出明显的波动性，又表现出勿容置疑的粒子性，这就是光的波粒二象性。
4
三、光发射与吸收的量子模型及激发方式
1、光发射与吸收的量子模型
2、激发方式（加热、辐射激发、碰撞激发）
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第二节 光的自发发射、受激发射和受激吸收一、光的自发发射处在高能级上的原子，都具有向往稳定而自发地回到地能级状态的特性。当它们纷纷回袄低能级时，它们就以光的形式释放出能量来。这就是原子的自发发射。由于每个原子的跃迁都是自发和独立进行的，因此它们辐射出的光波方向和相位都不一致。对于二能级系统中的原子跃迁来说，它们发射出的光波列的频率是相同的，但相位却是不相关的，波列的偏振方向和传播方向也是随机分布的。因此原子自发发射出来的光波，
在物理上称之为非相干的自然光。
自发发射几率与激发态寿命成反比。
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二、光的受激发射光子作用于高能级的原子上时会产生受激发射。
若输入一个光子，则输出两个光子。在受激发射的过程中，光子数获得了放大。受激发射的光子与入射光子频率相同、相位相同，偏振方向和传播方向也相同，二者是完全相干的。
受激发射几率与自发发射几率不同，前者与入射光强有关，后者是一个常数。
三、受激吸收低能态的原子吸收光子的能量才能被抽运到高能态上；原子对光能量的吸收是有选择性的。
受激吸收几率是一个与入射光强有关的参数。
受激吸收与受激发射并非简单的逆过程。受激吸收是靠消耗外来光子能量来完成泵浦过程，即把低能级上的原子抽运到高能级上去。而受激发射则是靠高能级的原子发射光子来完成光放大过程。
四、爱因斯坦系数关系式
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第三节 激光的基本原理一、光在激活介质中的放大
泵浦
粒子数反转
自发辐射
受激辐射
激光器组成
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二、光学谐振腔的作用
1、谐振腔的作用及激光振荡阈值条件
2、激光纵膜图 16－ 6 激光器中的振荡频率
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第四节 激光器的类型一、激光器的类型目前，常用的激光器按照增益介质的种类可分为 气体激光器
,固体激光器,半导体激光器,液体激光器 四类。而按激光器的工作方式不同又可分为连续激光器与脉冲激光器。
1、气体激光器气体激光器一般采用电激发，其效率高、寿命长，长使用在连续方式。由于气体介质的均匀性好，易得到频率稳定的单模输出，激光相干性好，常用于精密测量，全息照相等。
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2、固体激光器固体激光器一般采用光激励，其能量转化环节多，故而效率低。光的激励能量大部分转换成为热能。固体激光器的增益介质一般比气体激光器短得多，但由于晶体缺陷和温度引起的光学不均匀性，不易获得单模而倾向于多模输出
，故它所发光的相干性比气体激光器要差。
3、液体激光器液体激光器可以工作在连续或脉冲方式，它的一个主要特点是可以在很宽的波长范围内调谐。目前在光谱学中得到应用。
4、半导体激光器半导体激光器在所有激光器中是最小巧的，它机构简单坚固，便于直接调制，目前，它在光通信、光电测距及光信息存储与处理方面有着重要而广泛的应用。
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第六节 光子学 （ Photonics） 简介一、光子学的概念与范畴
1970年，荷兰科学家 Poldervaart:,光子学是研究以光子作为信息载体的科学”。
1980年，我国科学家钱学森,,光子学是研究光子的产生、运动和转化的科学”。
广义地说,,光子学是研究光子的产生、放大、
传导、控制、探测，光子与物质的相互作用，以及把这些技术和规律应用于能量产生、通信、信息处理等的一门科学”。
二、光子学的应用前景
第十六章 光的量子性和激光基础光的波动性可以很好地解释光传播时的干涉、衍射、偏振等现象。
光的量子性黑体辐射、光电效应等
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第一节 光的量子性一、光电效应与爱因斯坦光子学说
1、光电效应规律 （如图 16－ 1所示）
（ 1）对某一光电阴极材料而言，在入射光频率不变的条件下，
饱和电流的大小与入射光的强度成正比。
（ 2）光电子的能量与入射光的强哭无关，而只与入射光的频率有关，
频率越高，光电子的能量越大。
（ 3）入射光有一截止频率，在这个极限频率以下，不论入射光多强，
照射时间多长，都没有光电子发射。这一截止频率称为光电效应的红限。不同的金属具有不同的红限。
（ 4）即使光的强度非常弱，只要照射光的频率大于某一极限值，在开始照射后就有光电子产生，不存在一个可测的弛豫时间。
2、爱因斯坦光子学说
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二、光的波粒二象性光既表现出明显的波动性，又表现出勿容置疑的粒子性，这就是光的波粒二象性。
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三、光发射与吸收的量子模型及激发方式
1、光发射与吸收的量子模型
2、激发方式（加热、辐射激发、碰撞激发）
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第二节 光的自发发射、受激发射和受激吸收一、光的自发发射处在高能级上的原子，都具有向往稳定而自发地回到地能级状态的特性。当它们纷纷回袄低能级时，它们就以光的形式释放出能量来。这就是原子的自发发射。由于每个原子的跃迁都是自发和独立进行的，因此它们辐射出的光波方向和相位都不一致。对于二能级系统中的原子跃迁来说，它们发射出的光波列的频率是相同的，但相位却是不相关的，波列的偏振方向和传播方向也是随机分布的。因此原子自发发射出来的光波，
在物理上称之为非相干的自然光。
自发发射几率与激发态寿命成反比。
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二、光的受激发射光子作用于高能级的原子上时会产生受激发射。
若输入一个光子，则输出两个光子。在受激发射的过程中，光子数获得了放大。受激发射的光子与入射光子频率相同、相位相同，偏振方向和传播方向也相同，二者是完全相干的。
受激发射几率与自发发射几率不同，前者与入射光强有关，后者是一个常数。
三、受激吸收低能态的原子吸收光子的能量才能被抽运到高能态上；原子对光能量的吸收是有选择性的。
受激吸收几率是一个与入射光强有关的参数。
受激吸收与受激发射并非简单的逆过程。受激吸收是靠消耗外来光子能量来完成泵浦过程，即把低能级上的原子抽运到高能级上去。而受激发射则是靠高能级的原子发射光子来完成光放大过程。
四、爱因斯坦系数关系式
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第三节 激光的基本原理一、光在激活介质中的放大
泵浦
粒子数反转
自发辐射
受激辐射
激光器组成
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二、光学谐振腔的作用
1、谐振腔的作用及激光振荡阈值条件
2、激光纵膜图 16－ 6 激光器中的振荡频率
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第四节 激光器的类型一、激光器的类型目前，常用的激光器按照增益介质的种类可分为 气体激光器
,固体激光器,半导体激光器,液体激光器 四类。而按激光器的工作方式不同又可分为连续激光器与脉冲激光器。
1、气体激光器气体激光器一般采用电激发，其效率高、寿命长，长使用在连续方式。由于气体介质的均匀性好，易得到频率稳定的单模输出，激光相干性好，常用于精密测量，全息照相等。
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2、固体激光器固体激光器一般采用光激励，其能量转化环节多，故而效率低。光的激励能量大部分转换成为热能。固体激光器的增益介质一般比气体激光器短得多，但由于晶体缺陷和温度引起的光学不均匀性，不易获得单模而倾向于多模输出
，故它所发光的相干性比气体激光器要差。
3、液体激光器液体激光器可以工作在连续或脉冲方式，它的一个主要特点是可以在很宽的波长范围内调谐。目前在光谱学中得到应用。
4、半导体激光器半导体激光器在所有激光器中是最小巧的，它机构简单坚固，便于直接调制，目前，它在光通信、光电测距及光信息存储与处理方面有着重要而广泛的应用。
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第六节 光子学 （ Photonics） 简介一、光子学的概念与范畴
1970年，荷兰科学家 Poldervaart:,光子学是研究以光子作为信息载体的科学”。
1980年，我国科学家钱学森,,光子学是研究光子的产生、运动和转化的科学”。
广义地说,,光子学是研究光子的产生、放大、
传导、控制、探测，光子与物质的相互作用，以及把这些技术和规律应用于能量产生、通信、信息处理等的一门科学”。
二、光子学的应用前景
