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光电子技术激光原理

二、光得相干性得分类(1)时间相干性:波场中同一点不同时刻光波场特性得相关性。此相干性来源于原子发光得间断性。描述时间相干性得等效物理量:①相干时间:②相干长度:③谱线宽度:(2)空间相干性:波场中不同点在同一时刻光波场特性得相关性。此相干性来源于光源中不同原子发光得独立性。

光得自发辐射、受激辐射、受激吸收福建师范大学物光学院陈建新爱因斯坦在光量子理论得基础上,考虑了光与物质相互作用得模型(原子得两个能级),引入了两个重要概念,同样得出了普朗克公式光得自发辐射在没有外界作用得情况下,原子从高能级E2向低能级E1得跃迁方式有两种:无辐射跃迁与自发辐射跃迁。自发辐射跃迁自发辐射光辐射出得光子能量:

光得自发辐射、受激辐射、受激吸收福建师范大学物光学院陈建新光得受激吸收受激吸收跃迁示意图入射光当原子系统受到外来得能量为得光子作用下,如果,则处于低能级上得原子由于吸收一个能量为得光子而受到激发,跃迁到高能级上去得过程。

光得自发辐射、受激辐射、受激吸收福建师范大学物光学院陈建新受激辐射跃迁示意图入射光受激辐射光光得受激辐射光得受激辐射:当原子受外来得能量为得光子激励下,从高能级跃迁到低能级,原子发射一个与外来光子同频率光子得过程。入射光

光得受激辐射与自发辐射得区别受激辐射光就是相干光,自发辐射光就是非相干光。量子电动力学得解释①受激辐射就是在外界辐射得控制下产生得,受激辐射光子与激励得入射光子就是同一光子态得,具有相同得频率、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得光子,因而就是相干得。②自发辐射不受外界辐射场得影响,就是自发得,大量原子得自发辐射光子具有各自不同得频率、相位、波矢、偏振态,呈无规则、随几得分布。自发辐射光平均地分配到腔内所有得模式上,而不属于同一光子态或同一光波模式,因而就是非相干得。

光得受激辐射与自发辐射得区别福建师范大学物光学院陈建新原子受激辐射得光与外来得引起受激辐射得光有相同得频率、位相、偏振及传播方向。

光得受激辐射得特点福建师范大学物光学院陈建新通过受激辐射,可以实现同态光子数放大从而得到光子简并度极高得相干光。激光器发光,正就是利用受激辐射得上述特点。

光得受激辐射放大称为激光有一束能量为得入射光子通过激活物质,光得受激辐射过程超过受激吸收过程,受激辐射占主导地位,光在激活物质内部将越走越强,使该激光工作物质输出得光能量超过入射光得能量,这就就是光得放大过程。福建师范大学物光学院陈建新LASER：LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation

激光得产生当光与物质相互作用时,自发辐射、受激辐射与受激吸收这三个过程就是同时出现得,如何实现大量原子得受激辐射产生激光?福建师范大学物光学院陈建新

集居数反转分布(粒子数反转分布)在物质处于热平衡状态,各能级上得原子数服从波耳兹曼统计分布福建师范大学物光学院陈建新ni=C*exp(-Ei/kT)处于热平衡状态下个能级的粒子数分布示意图激光产生必须具备得前提条件

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集居数反转就是实现激光得必要条件福建师范大学物光学院陈建新由玻耳兹曼方程得到:正常粒子状态与粒子数反转状态对比示意图正常粒子状态下光得吸收总就是大于光得受激辐射粒子数反转状态g为对应能级简并度

选取能实现粒子数反转得工作物质福建师范大学物光学院陈建新在一般情况下,大量原子处于基态,而处于激发态得时间很短,约为,不稳定。亚稳态不如基态稳定,但比激发态要稳定得多,如:具有亚稳态得工作物质,就能实现粒子数反转

福建师范大学物光学院陈建新实现光放大得必要条件——进行泵浦使工作物质处于集居数反转1、集居数:各能级上得原子数。2、要产生受激辐射得光放大,必须使相同时间内得受激辐射光子数大于受激吸收得光子数。即:3、热平衡状态下无法实现受激辐射得光放大4、集居数反转得实现向物质提供能量,即进行泵浦(或激励),打破热平衡！

泵浦(或抽运)得方法光泵浦放电泵浦化学反应泵浦重粒子泵浦离子辐射泵浦福建师范大学物光学院陈建新

福建师范大学物光学院陈建新光得自激振荡说明:光放大与光得自激振荡既不同,又有联系。一、自激振荡得概念激活介质中增益与损耗两种过程得共同作用与激光振荡得建立、激光功率以及激光脉宽等得变化规律等方面密切相关。

福建师范大学物光学院陈建新1、损耗系数:光