[理学]第一章 辐射的基.pptVIP

《激光原理与技术》 丘志仁 中山大学光电材料与技术国家重点实验室 2010年2月 联系方式：stsqzr@mail.sysu.edu.cn 电话光发展的历史 1940S: MASER Concept 1956: First Solid State Maser 1958: Optical and Infrared Maser---Laser 1960: He-Ne Laser(CW) 1961: CW Solid State Laser(Cr:AlO) 1962: LED’s(Light Emitting Diodes) 1964: CO2 Laser,Nd:YAG laser 1966: 气体激光光放大 激光是二十世纪六十年代出现的一种新型光源——激光器发出的光。激光一词的本意是受激辐射放大的光。1960年美国休斯研究实验室的梅曼制成了第一台红宝石激光器, 1961年9月中国科学院长春光学精密机械研究所制成了我国第一台激光器。此后 , 在激光器的研制、激光技术的应用以及激光理论方面都取得了巨大进展，并带动了一些新型学科的发展, 如全息光学、傅立叶光学、非线性光学、光化学等，激光还与当今的重点产业——信息产业密切相关。 第一章：辐射的基础知识及激光束的基本特性 §1—1、光辐射的一般规律 1、辐射通量 :用功率的单位，即用瓦（[焦耳/秒]或[尔格/秒]）表示。 2、辐射通量密度:入射到一个表面的辐射强度称为N。在MKS制中，其单位为[瓦/平方米]。 3、辐射的能量密度ρ(ν)：单位体积内包含的辐射能量。 4、指定方向的单位立体角内，辐射体单位投影面积的辐射通量密度N ：已知辐射表面的面积为A，而所取方向同表面法线成Θ角，于是在围绕指定方向的球面度dΩ的小锥体内，辐射通量是NACosΘdΩ。 5、朗伯定律：当N不依赖方向时，我们说这表面按朗伯定律辐射。表面的总辐射为W（λ,T）=πNA。 6、普朗克定律：当腔内的电磁辐射在绝对温度T处于热平衡时，辐射密度（黑体辐射）按频率的分布服从普朗克定律： 式中，h是普朗克常数；k是玻尔兹曼常数；c为光速。 7、单位面积辐射通量密度W（λ,T） =ρc/4 [瓦/ ] 8、按斯替藩—玻尔兹曼定律，黑体总辐射为： 9、维恩位移定律 是某一温度下，白炽体辐射波长分布。 对于每一温度，必有一个发射辐射为最大的波长，这个波长可由维恩位移定律算出 而对于指定温度T，辐射能W(λ,T)的峰值为 T=5200K: T人体=37℃: λ人体=10微米 10、普通光源 (非相干光源)----热平衡 比如:照明光源、显示光源等 单色性弱：辐射源的能量都分布在一个相当宽的频谱范围中。 方向性差：辐射光束的准直性一般是差的。 亮度不高 ：来自普通扩展光源的辐射不能靠成像来增加亮度。 激光辐射源---非热平衡状态（粒子数反转） 11、光产生的方法 热激发、电激发、场致激发、化学激发、光致激发、γ射线（夜光表）….. 激光光强I = I (频率，偏振，空间，波矢，相位，时间） 应用：波长应用，全息照相，光聚焦，非线性光学，相干性应用，光开关与调制 信息IT:光通信、光盘（驱动）、打印机 能量E：精密加工、武器、手术刀、核聚变、农学、化学 §1—2、光与物质的相互作用——辐射能量的交换 原子物理课：构成物质的粒子（原子、离子、分子）具有一系列的定态。 较高的定态具有能量E2，由波函数φ2描述；较低的能态具有能量E1 ，波函数为φ1 。粒子吸收光子hν,可以从较低能态跃迁到较高能态；而粒子处于较高能态，也可以通过发射光子hν过渡到较低能态。光子的能量为： hν= E2— E1 实际光子数量大需要用统计方法 1、热平衡时粒子数的分布 在热平衡时，构成物质的粒子的整体有一定的温度，并设粒子的总数目为N。粒子有一系列定态 相应的能量为 。位于基态的粒子数目远大过处于较高能态的粒子数目。需要用外能源才能把粒子从较低能态激发到较高能态。能级越高，处于该能级的粒子数目也越小。 实验观测以及量子统计理论