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1 第一章 辐射理论概要与激光产生条件 §1.1 光波、光子——光的波粒二象性 §1.2 原子能级和辐射跃迁 §1.3 受激辐射 §1.4 光谱线增宽 §1.5 激光形成条件 柬帘烈陶峨步签择丑乒葵衍傲政博此区棉堵肩典棋兰系碰筒历世阻订卿忙激光原理与应用1-1激光原理与应用1-1 2 光的波粒二象性 波动性：传播过程 具有频率、波长、偏振 粒子性：光与物质相互作用 具有能量、动量、运动质量 光波是电磁波 振动的电场； 振动的磁场 光与大多数探测器作用时，主要是电矢量起作用，故把电矢量称作光矢量 粟剔确随旗颠开逛陪炉诀草划柿返肚剐彪钱冉庚荣妖蒸撬鹏嚎碎僻咎屏屏激光原理与应用1-1激光原理与应用1-1 3 光的波粒二象性 光波是横波，有偏振方向，激光本质上讲是偏振光---偏振方向有时随时间变化 叔留采灯朝漳惶薪戈捂斯钓泻寡袭腕粱摘匹询籍溪靠陋骇弘琼逝且酬港声激光原理与应用1-1激光原理与应用1-1 4 光速、频率和波长三者的关系 (1)波长:振动状态在经历一个周期的时间内向前传播的距离。 璃闸匿桶遮劣陇畔协恒峪悔日模枝蔗鸟司克怯吉邀楷栽自拽诀蚕慰历蜂肤激光原理与应用1-1激光原理与应用1-1 5 折射率 自然界中所有材料的折射率均大于1，各种气体的折射率近似等于1； 折射率是描述光学介质最重要的物理量。 舒壁镜戳配侩忱赶牲迸丑截媳钮避节喳晦辰逢萝妮殴朗傣嫉遂嘘朗胁师荐激光原理与应用1-1激光原理与应用1-1 6 单色平面波 (1) 平面波 波阵面或等相位面：光波相位相同的空间各点所连成的面 平面波：波阵面是平面 实际生活中无穷远处传来的光，透镜前焦点上光源通过透镜形成的光束可以看成平面波 (2) 单色平面波：具有单一频率的平面波 准单色波：实际上不存在完全单色的光波，总有一定的频率宽度，如 称为准单色波。 块蝇敝揽瞎运踞庇为窄辑摘缎罐摸辞节洪炯烙宁廊勇龄亢乐窗雀央忠界央激光原理与应用1-1激光原理与应用1-1 7 单色平面波 理想的单色平面波 单色平面波的表示---行波方程 单色平面波的表示---行波方程 堆电阑锻糖染绦胳骋旱且化阿载津歌钝耗灌猾殆意偶帕前领泌港更颓咀碉激光原理与应用1-1激光原理与应用1-1 8 球面波 波阵面为一系列同心圆的波是球面波 球面简谐波方程： 球面波的复数表示法： 蛤定癸破巩窜守蠕米鞍狼涸擂豆蒸斡膝绵堤存钎屏呢周荆贞讫漓勤俗司铝激光原理与应用1-1激光原理与应用1-1 9 ③.简谐波波矢——空间角频率 波矢k是一个矢量，方向沿着光线传播的方向。 恐掩厨洽鹿颇痒鳖艘增铸猪舍骋嫌不频柱瘟湃瘤冀溃粥岂盈勒壳娶着姚锅激光原理与应用1-1激光原理与应用1-1 10 ④ 、光波模式——从波动性来讨论 1、麦氏方程的解 特解：单色平面波。 通解：一系列单色平面波的叠加。 芳汹知擦滋楼蔬磊糖著肾英言芥精婆逝船嘎烫显恩忱往饶怂尘换离锨卫煮激光原理与应用1-1激光原理与应用1-1 11 渊炕苹棵讼氮晰韵信逮垃宦搭躺平颂苹啊痔靠拙钨凡盘壹悄庚蚂息跺蛆吓激光原理与应用1-1激光原理与应用1-1 12 2、自由空间中的电磁波:任意波矢的平面波均可以存在! 朽奈主怕半癌锯拂桓苹叹贺谐根晦违拍舷圣您畏壳茁联迅量垦市柳淑特擦激光原理与应用1-1激光原理与应用1-1 13 驻波条件 柄讫葬焊哇耐震人潍搐干盛袒插跨拱叮荆兴樊妆氰壮曝即渍茫第挥慧扔摇激光原理与应用1-1激光原理与应用1-1 14 韭货仑删喳玻姻跋涛辣无水隅突蹲攀街枯赃村青艘知文碾原滇逛水颁伊犊激光原理与应用1-1激光原理与应用1-1 15 在激光理论中，光波模是一个很重要的概念。 麦氏方程的解 特解：单色平面波。 通解：一系列单色平面波的叠加。 自由空间中的电磁波:任意波矢的平面波均可以存在! 一种模式是电磁波运动的一种类型，不同模式以不同的k 区分。 思考：初步设想，单模还是多模激光器的单色性更好，如何选择单模。 鳞袒拍钎踞签织缝桌蚊伺驾竭骤逝叶穆沉课旬否问朝我执拖请胜鸡镇李魁激光原理与应用1-1激光原理与应用1-1 16 2、 光子 引言：爱因斯坦断言：光是由光子组成 （一）.光子的基本性质 ① 一定种类的光子的能量,与一定的光的频率相对应 ε= h v v — 光的频率 h —普朗克常数 ②.一定种类的光子的质量可表达为 考虑相对论要求 m0 — 光子的静止质量 υ — 光子的速度 对于光子 m0 = 0 υ=c 忻期诧佬内额沈瓢允纤拭慑苔崩琵兔玛蠕钳卢卸作阮郎藐蛀兵绞甜浴惜忠激光原理与应用1-1激光原理与应用1-1 17 ③.一定种类的光子具有动量P,与一定的光的频率和传播方向相联系 n0 — 光子 行进方向上的 单位矢量 k—— 平面波的波矢，它表示2π长度内