课件：材料的光学性能.ppt

受激辐射 受激辐射：当受到外来的能量 的光照射时，高能级E2上的电子受到外来光的激励作用向低能级E1跃迁，同时发射一个与外来光子完全相同的光子。 光的受激辐射过程 * 光的受激辐射过程 受激辐射的特点 当外来激励光子能量为高低两能级能量差 时，才能发生受激辐射 受激辐射的光子与外来光子的特性完全相同， 即：频率、位相、偏振和传播方向完全一样，因此受激辐射与外来辐射是相干的，换句话说外来辐射被“放大” 了 光的受激辐射过程是产生激光的基本过程（受激辐射的光子与外来光子的特性完全相同可以在量子电动力学中得到证明） * 自发辐射、受激辐射和吸收之间的关系 某原子自发辐射产生的光子对于其他原子来讲是外来光子，会引起受激辐射与吸收，因此三个过程在大量原子组成的系统中是同时发生的。由此可讨论三个爱因斯坦系数之间的关系 * 在处于热平衡的绝对黑体空腔内的原子系统，由于是平衡状态，各能级上的原子数不变，辐射与吸收总数相等，从而可以建立三个爱因斯坦系数之间的关系 A21、B21、B12三个系数的关系 在光和原子相互作用达到热平衡的绝对黑体空腔内的原子系统中，如果单色辐射能量密度为 ，则有如下关系 式子的左边是与高能级上粒子数有关的辐射光子数，而右边是与低能级上粒子数有关的吸收光子数，即发射与吸收光子数相等 达到热平衡的绝对黑体空腔内任何位置的光强都相等，理想空腔内壁反射率为1，黑体温度为常数T * 自发辐射光子数 受激辐射光子数 受激吸收光子数 * 1、受激辐射光与自发辐射光的区别 受激辐射光是相干光，自发辐射光是非相干光。 2、造成两种辐射光区别的理论解释 （1）量子电动力学的解释 ①受激辐射是在外界辐射的控制下产生的，受激辐射光子与激励的入射光子是同一光子态的，具有相同的频率、相位、波矢、偏振态。大量原子在同一辐射场激发下产生同一光子态或同一光波模式的光子，因而是相干的。 ②自发辐射不受外界辐射场的影响，是自发的，大量原子的自发辐射光子具有各自不同的频率、相位、波矢、偏振态，呈无规则、随几的分布。自发辐射光平均地分配到腔内所有的模式上，而不属于同一光子态或同一光波模式，因而是非相干的。 * ⑵原子发光的经典电子论模型的解释 受激辐射对应于电子在外加电场作用下作受迫振荡时产生的辐射，受迫振荡产生的辐射的频率、相位、波矢、偏振态应与外加电场一致，即大量受激辐射光子的性质被外加的同一电场同步。因而是相干的。 激活介质 观察不到受激辐射 Why ？ 热平衡体系服从玻尔兹曼分布 高能级原子密度低于低能级原子密度 受激辐射产生的光子数与受激吸收的光子数之比等于高低能级粒子数之比 受激辐射可以忽略 * * 粒子数反转体系，由于受激辐射放出的光子数多于被吸收的光子数，辐射场将越来越强。换言之，实现粒子数反转的介质具有对光的放大作用，称为“激活介质”。 受激辐射光子的性质与人射光子完全一样，激活介质放大的结果，就能使特定频率、特定方向、特定偏振态的光得到增强。当增益足以克服损耗时，即形成激光辐射。 * 光学谐振腔 1.提供光的正反馈 2.限制或选择光束的方向 3.选择光的模式和振荡频率 激光的产生过程可归纳为： 激励能源 工作物质 全反射镜 部分反射镜 激光产生 工作物质 光子放大及振荡 其它粒子的受激辐射 偶然的自发辐射 粒子数反转 外界激励 光学谐振腔 * 激光器内部结构 晶体腔：产生最原始的激光（包含YAG晶体，LED光源，电源）； 全反光镜：使光完全反射回去，增大光强度； 半反射镜：反射75%的光，只有满足一定线性，能量和波长的光才能通过，大约25%； Q-Switch：分X轴和Y轴，控制激光输出能量，得到能量较强，持续时间较长的光束； 功率计：量测输出的激光能量大小； Shutter：控制激光输出的一个开关。 全反光镜 反光镜： （越75%） Q-Switch 晶体腔 功率计 Shutter 接光纤 激光器外形 * 激光器内部分解图 Q-Switch 晶体腔 半反镜 光纤耦合器 * Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation * THANK YOU SUCCESS * * 可编辑 * The band at 230 cm-1 O-H-O vibration(O is the non-bridging oxygen atom of the tetrahedron SiO4 and H is the hydrogen atom of the OH group tilted toward an octahedral cation vacancy)