光電子學(xué) (第一章2)

光電子學(xué)第一章光與物質(zhì)相互作用基礎(chǔ)第二講

湖南大學(xué)物理與微電子科學(xué)學(xué)院，王玲玲2016年03月物理與微電子科學(xué)學(xué)院SchoolofPhysicsandMicroelectronicsScience第一講要點回顧麥克斯韋方程導(dǎo)出波動方程；世界上最偉大十個公式；為什么光波是電磁波？光與物質(zhì)相互作用基礎(chǔ)1§1-6譜線形狀和寬度§1-5自發(fā)輻射、受激吸收和受激輻射§1-4黑體輻射

§1-2物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-7均勻加寬和非均勻加寬

§1-8輻射的經(jīng)典理論§1-1光的波動理論與光子學(xué)說§1-3熱輻射的一般概念第二講要點黑體輻射實驗規(guī)律及描述式

描述熱輻射物理量

自發(fā)輻射受激輻射受激吸收意義

13

2

定義：物體T>0K產(chǎn)生輻射，熱輻射、T輻射?！?-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念

§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論熱輻射：物體以EM波發(fā)射能量，物體輻射源，物體接受輻射的EM電磁波。

物質(zhì)對EM波發(fā)射和吸收——熱輻射理論。輻射包括：EM波，能量分布與T相關(guān)。一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場的物理量三、光度量四、基爾霍夫定律1.輻射能量密度we

2.輻射通量e

3.輻射出射度Me

EM輻射通過區(qū)域任時刻輻射能，單位體積輻射能：§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念

§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論4.輻射強(qiáng)度Ie

5.輻射亮度Le

6.輻射照度

Ee

10.單色輻射強(qiáng)度Ie()11.單色輻射亮度Le()

三、光度量四、基爾霍夫定律7.單色輻射能量密度we()8.單色輻射通量e()

9.單色輻射出射度Me()單位：J·m-3一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場的物理量輻射源單位t通過某面積輻射能：§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念

§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.

輻射能量密度we

2.

輻射通量e

3.輻射出射度Me

4.輻射強(qiáng)度Ie

5.輻射亮度Le

6.輻射照度Ee

10.單色輻射強(qiáng)度Ie()11.單色輻射亮度Le()

三、光度量四、基爾霍夫定律7.單色輻射能量密度we()8.單色輻射通量e()

9.單色輻射出射度Me()單位W或J·s-1，輻射能流單位e總輻射通量、輻射功率。

一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場的物理量物體表面單位面積輻射通量，發(fā)射本領(lǐng)、輻射通量密度，§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.輻射能量密度we

2.輻射通量e

3.輻射出射度Me

4.輻射強(qiáng)度Ie

5.輻射亮度Le

6.輻射照度Ee

10.單色輻射強(qiáng)度Ie()11.單色輻射亮度Le()

三、光度量四、基爾霍夫定律7.單色輻射能量密度we()8.單色輻射通量e()

9.單色輻射出射度Me()A面積,單位W·m-2

一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場的物理量輻射源某方向單位立體角輻射通量，R

A=–(A/R2)立體角，A與R某面元面積，R點源至某面元距離，有方向§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念

§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.輻射能量密度we

2.輻射通量e

3.輻射出射度Me

4.輻射強(qiáng)度Ie

5.輻射亮度Le

6.輻射照度Ee

10.單色輻射強(qiáng)度Ie()11.單色輻射亮度Le()

三、光度量四、基爾霍夫定律7.單色輻射能量密度we()8.單色輻射通量e()

9.單色輻射出射度Me()各向同性點輻射源，Ie=e/4，單位W·sr-1

一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場的物理量面輻射源某方向單位投影表面單位立體角輻射通量：

§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論面元法線與輻射向夾角1.輻射能量密度we

2.輻射通量e

3.輻射出射度Me

4.輻射強(qiáng)度Ie

5.輻射亮度Le

6.輻射照度Ee

10.單色輻射強(qiáng)度Ie()11.單色輻射亮度Le()

三、光度量四、基爾霍夫定律7.單色輻射能量密度we()8.單色輻射通量e()

9.單色輻射出射度Me()Le方向性。輻射源，Le()與無關(guān)，朗伯源，余弦輻射體

朗伯源輻射強(qiáng)度I()=I0cos0

Le()=L0，L0

=0亮度，

單位W·m-2·sr-1（球面度）

一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場的物理量單位受光面積接收輻射通量：

上六個量未涉及輻射頻譜；A受光面積，單位W·m-2

§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.輻射能量密度we

2.輻射通量e

3.輻射出射度Me

4.輻射強(qiáng)度Ie

5.輻射亮度Le

6.輻射照度Ee

10.單色輻射強(qiáng)度Ie()11.單色輻射亮度Le()

三、光度量四、基爾霍夫定律7.單色輻射能量密度we()8.單色輻射通量e()

9.單色輻射出射度Me()輻射場不同EM波組成，輻射場特性，與單一有關(guān)物理量。

一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場的物理量EM波輻射通過區(qū)域單位體積~+d輻射能，與輻射能量密度關(guān)系：§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.輻射能量密度we

2.輻射通量e

3.輻射出射度Me

4.輻射強(qiáng)度Ie

5.輻射亮度Le

6.輻射照度Ee

10.單色輻射強(qiáng)度Ie()11.單色輻射亮度Le()

三、光度量四、基爾霍夫定律7.單色輻射能量密度we()8.單色輻射通量e()

9.單色輻射出射度Me()一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場的物理量物體表面發(fā)~+d輻射通量與輻射通量關(guān)系：物體表面發(fā)~+d輻射出射度§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.輻射能量密度we

2.輻射通量e

3.輻射出射度Me

4.輻射強(qiáng)度Ie

5.輻射亮度Le

6.輻射照度Ee

10.單色輻射強(qiáng)度Ie()11.單色輻射亮度Le()

三、光度量四、基爾霍夫定律7.單色輻射能量密度we()8.單色輻射通量e()

9.單色輻射出射度Me()與輻射出射度關(guān)系：一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場的物理量輻射源，發(fā)~+d輻射強(qiáng)度。與輻射強(qiáng)度關(guān)系：面輻射源，發(fā)~+d輻射亮度；

§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念

§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.輻射能量密度we

2.輻射通量e

3.輻射出射度Me

4.輻射強(qiáng)度Ie

5.輻射亮度Le

6.輻射照度Ee

10.單色輻射強(qiáng)度Ie()11.單色輻射亮度Le()

三、光度量四、基爾霍夫定律7.單色輻射能量密度we()8.單色輻射通量e()

9.單色輻射出射度Me()與輻射亮度關(guān)系：可微分定義。一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場的物理量§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念

§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場的物理量三、光度量四、基爾霍夫定律人眼視覺細(xì)胞光探測裝置，不同輻射不同響應(yīng)，同輻射通亮照眼睛，不同亮暗覺。反映視覺亮暗特性——光度量體系。光輻射度量（下標(biāo)e）

§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場的物理量三、光度量四、基爾霍夫定律光度量v，Qv，v，Mv，Ev，Iv，Lv

§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場的物理量三、光度量四、基爾霍夫定律兩度量轉(zhuǎn)換，描述輻射度量與光度量關(guān)系：

同測光與輻射通量比，K()：單位lm/W

v--光度量e--光輻射量1.光譜光視效能2.光譜光視效率§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場的物理量三、光度量四、基爾霍夫定律3.光視效能某光譜光視效能與最大光譜光視效能Km比，V()：

§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.光譜光視效能2.光譜光視效率一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場的物理量三、光度量四、基爾霍夫定律3.光視效能Km555nm光譜光視效能，

Km=683lm·W-1

V()視見函數(shù)，<或=1；眼睛生理特點，響應(yīng)白天和夜晚有別；眼睛:白天響應(yīng)峰550nm(1)；

夜間響應(yīng)偏短，峰500nm(2)

夜晚白天V()=1(=550nm)V()=0.323(=500nm)§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.光譜光視效能2.光譜光視效率一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場的物理量三、光度量四、基爾霍夫定律3.光視效能光譜光視效率：明和暗視覺響應(yīng)曲線。

輻射體發(fā)光通量與輻射通量比：

§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.光譜光視效能2.光譜光視效率一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場的物理量三、光度量四、基爾霍夫定律3.光視效能吸收與總?cè)肷淠鼙取庾V吸收比（吸收系數(shù)），(,T)

反射與總?cè)肷淠鼙取瓷浔龋ǚ瓷湎禂?shù)），(,T)

(,T)+(,T)=1

(1-3-15)德國物理學(xué)家

§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場的物理量三、光度量四、基爾霍夫定律物體發(fā)射EM波：

對外EM波：可吸收，反射和透射；

對不透明物體：只吸收和反射。T,~+d輻射：單色吸收比和單色反射比隨物體或表面不同。

基爾霍夫1860發(fā)現(xiàn)，物體輻射出射度與光譜吸收比關(guān)系。研究普適恒量對了解輻射有意義，研究絕對黑體輻射律解決?！?-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、熱輻射現(xiàn)象二、描述輻射場的物理量三、光度量四、基爾霍夫定律單色輻射出射度Me(,T)大，吸收系數(shù)(,T)大，

比Me(,T)/(,T)與物體性質(zhì)無關(guān)，T，定。

如：多物體互作用熱平衡，任Me(,T)/(,T)不變：光與物質(zhì)相互作用基礎(chǔ)1§1-6譜線形狀和寬度§1-5自發(fā)輻射、受激吸收和受激輻射§1-3熱輻射的一般概念§1-2物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)

§1-7均勻加寬和非均勻加寬

§1-8輻射的經(jīng)典理論§1-1光的波動理論與光子學(xué)說§1-4黑體輻射一、空腔熱輻射二、黑體輻射的實驗規(guī)律絕對黑體——任T把照其上任輻射全吸收（(,T)=1）物體；理想模型。開小孔腔熱輻射，腔輻射黑體特征，腔把進(jìn)入輻射能全吸收，(,T)=1（光波導(dǎo)原理）§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論三、維恩公式和瑞利—金斯公式四、普朗克公式腔壁加熱，恒溫，小孔射出輻射相當(dāng)從面積=小孔孔面，T絕對黑體表面射出T；

記輻射單色輻出度，得絕對黑體單色輻出度按分布曲線；Me,B(,T)1.斯忒藩—波耳茲曼定律2.維恩位移定律§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、空腔熱輻射二、黑體輻射的實驗規(guī)律三、維恩公式和瑞利—金斯公式四、普朗克公式3.絕對黑體輻射出射度分布曲線峰值定律每曲線同T，單輻度按分布，

熱力學(xué)理論得實驗定律：黑體輻出度Me,B(,T)與T4成正比，

斯忒藩常數(shù)，

波爾茲曼1844-1906奧地利物理學(xué)家斯忒藩1835-1893奧地利物理學(xué)家§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.斯忒藩—波耳茲曼定律2.維恩位移定律一、空腔熱輻射二、黑體輻射的實驗規(guī)律三、維恩公式和瑞利—金斯公式四、普朗克公式3.絕對黑體輻射出射度分布曲線峰值定律斯忒藩——波耳茲曼定律每曲線有Me,B(,T)最大值，m，與T關(guān)系：

維恩1864-1928德國物理學(xué)家熱輻射律—維恩位移定律和建立黑體輻射維恩式，1911諾貝爾物理學(xué)獎

§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.斯忒藩—波耳茲曼定律2.維恩位移定律一、空腔熱輻射二、黑體輻射的實驗規(guī)律三、維恩公式和瑞利—金斯公式四、普朗克公式3.絕對黑體輻射出射度分布曲線峰值定律T，m小，輻射能高移，不同T

m

b維恩常數(shù)，§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.斯忒藩—波耳茲曼定律2.維恩位移定律一、空腔熱輻射二、黑體輻射的實驗規(guī)律三、維恩公式和瑞利—金斯公式四、普朗克公式3.絕對黑體輻射出射度分布曲線峰值定律光譜輻射亮度L-，維恩位移定律（原M-）

①絕對黑體總輻出度與T關(guān)系（曲線面積）斯忒藩—波耳茲曼定律維恩位移定律絕對黑體輻出度分布曲線峰定律§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.斯忒藩—波耳茲曼定律2.維恩位移定律一、空腔熱輻射二、黑體輻射的實驗規(guī)律三、維恩公式和瑞利—金斯公式四、普朗克公式3.絕對黑體輻射出射度分布曲線峰值定律絕對黑體輻出度峰Me,B(m,T)與T5成正比，

三定律：②

峰與T關(guān)系③

峰對應(yīng)輻出度峰與T關(guān)系

不由熱力學(xué)得出，氣體分子輻射

只與速度有關(guān)

黑體輻射實驗曲線求表達(dá)式，物理學(xué)家得：

1.維恩公式2.瑞利—金斯公式得維恩公式：§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、空腔熱輻射二、黑體輻射的實驗規(guī)律三、維恩公式和瑞利—金斯公式四、普朗克公式維恩熱力學(xué)證明黑體輻射譜：,常數(shù)，與實驗比：

高頻符合好，低頻偏離。不能反映輻射律；

含振子動能和勢能，經(jīng)典統(tǒng)計：輻射w按分布實驗（實）和瑞利—金斯式算曲線（虛）

§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射

§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.維恩公式2.瑞利—金斯公式一、空腔熱輻射二、黑體輻射的實驗規(guī)律三、維恩公式和瑞利—金斯公式四、普朗克公式金斯1877-1946英國物理學(xué)家瑞利1842-1919英國物理學(xué)家

瑞利按EM理論，黑體Me,B(,T)與腔EM場能密度w(,T)關(guān)系：w(,T)與帶電振子能量關(guān)系：瑞利--金斯式曲線與實驗比：長波符合好，短波有誤，能量隨變短趨無窮謬論。

(1-4-6)不能反映輻射律。

著名紫外災(zāi)難經(jīng)典物理無法解釋黑體輻射律，1900普朗克設(shè)：輻射能不連續(xù)，能量子假設(shè)。

黑體輻射單色輻出度：長波：普朗克變?nèi)鹄?金斯公式：普朗克式反映黑體輻射律。三公式關(guān)系：k=1.381×10-23J/K

h=6.626×10-34J·s

黑體輻射能密度：短波：

普朗克變維恩式；Me,B(,T)與w(,T)關(guān)系§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射

§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、空腔熱輻射二、黑體輻射的實驗規(guī)律三、維恩公式和瑞利—金斯公式四、普朗克公式光與物質(zhì)相互作用基礎(chǔ)1§1-6譜線形狀和寬度§1-4黑體輻射§1-3熱輻射的一般概念§1-2物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)

§1-7均勻加寬和非均勻加寬

§1-8輻射的經(jīng)典理論§1-1光的波動理論與光子學(xué)說§1-5自發(fā)輻射、受激吸收和受激輻射概念（注概念及區(qū)別）：

物質(zhì)原子，分子和離子微觀粒子組成，每粒子一定能態(tài)。

由量子力學(xué)，粒子占分立能級。

熱平衡：粒子低能態(tài)；受激勵：粒子高能態(tài)。

一能態(tài)變另能態(tài)躍遷。a,不吸收和發(fā)射光子——無輻射躍遷；碰，熱量傳遞狀態(tài)變；不屬光電子學(xué)內(nèi)容；

b,物質(zhì)與光互作用——輻射躍遷，原子能級變，吸收和發(fā)射光實現(xiàn)。

三種：

自發(fā)輻射受激吸收受激輻射一、自發(fā)輻射二、受激吸收§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射

§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射

§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論三、受激輻射四、A21，B12

和B21

的關(guān)系五、受激輻射與自發(fā)輻射的區(qū)別發(fā)能h光子

A21—愛因斯坦自發(fā)輻射系數(shù)，

E2粒子單位t自發(fā)躍遷幾率。

§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射

§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射

§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、自發(fā)輻射二、受激吸收三、受激輻射四、A21，B12

和B21

的關(guān)系五、受激輻射與自發(fā)輻射的區(qū)別原子高E2停短t自發(fā)向低E1躍遷(a)。

自發(fā)躍遷幾率A21：單位t，E2能級n2粒子中自發(fā)躍遷粒子與n2比

E2能級下E1，dt，高E2自發(fā)輻射躍遷到低E1粒子dn21,A21：

得E2粒子數(shù)隨t，負(fù)符合躍遷幾率選擇定則兩能級間A21為107-108/s紅寶石晶體產(chǎn)生激光Cr離子上下能級A21僅102/s

§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射

§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射

§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、自發(fā)輻射二、受激吸收三、受激輻射四、A21，B12

和B21

的關(guān)系五、受激輻射與自發(fā)輻射的區(qū)別自發(fā)躍遷A21原子性質(zhì)定，外界激勵無關(guān)，E2只向E1躍遷，

自發(fā)躍遷高能級原子指數(shù)衰減。

每粒子躍遷發(fā)h光子，輻射功率：

§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射

§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射

§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、自發(fā)輻射二、受激吸收三、受激輻射四、A21，B12

和B21

的關(guān)系五、受激輻射與自發(fā)輻射的區(qū)別自發(fā)輻射，某刻粒子數(shù)：

，t=0輻射功率；

自發(fā)輻射強(qiáng)度外界激勵停，指數(shù)律衰減。

自發(fā)輻射發(fā)熒光（普通光）區(qū)別激光。

熒光:香燈發(fā)光，范圍都可，螢火蟲夜晚發(fā)光亮；

古瓷畫面，日久空氣流動磨損及氣溫影響，釉面分子散失，成玉似脂光澤，“瑩光”或“酥光”

礦石白天吸光，自身散發(fā)光瑩光（夜明珠）；

熒光與激光區(qū)別§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射

§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射

§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、自發(fā)輻射二、受激吸收三、受激輻射四、A21，B12

和B21

的關(guān)系五、受激輻射與自發(fā)輻射的區(qū)別激光:單色強(qiáng)，特，受激發(fā)射光擴(kuò)大。表制造激光過程單色輻射w()照射，單位體積E1躍到E2粒子：外輻射場含=(E2-E1)/h電磁波，低E1粒子受光子激發(fā)，躍遷到高E2—受激吸收(b)

§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射

§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射

§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、自發(fā)輻射二、受激吸收三、受激輻射四、A21，B12

和B21

的關(guān)系五、受激輻射與自發(fā)輻射的區(qū)別愛因斯坦受激吸收系數(shù)B12E2E1如：

，仿自發(fā)輻射：§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射

§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射

§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、自發(fā)輻射二、受激吸收三、受激輻射四、A21，B12

和B21

的關(guān)系五、受激輻射與自發(fā)輻射的區(qū)別W12意義：單位t單色輻射w()光照，受激吸收E1躍到E2粒子與E1總粒子比；

理解：每處E1粒子w()光照單位t受激吸收幾率。受激吸收與原子性質(zhì)、外輻射場有關(guān)（A21原子性質(zhì)定，外激勵無關(guān)）

愛因斯坦量子理論，輻射場照物質(zhì)粒子高能級E2，受激輻射。

外來，入射光激發(fā)，E2粒子回E1，放h光子(c)，光子，振動方向，相位與外來光子一致—激光奠定理論。

外輻射場作用物質(zhì)，與受激吸收反?！?-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射

§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射

§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、自發(fā)輻射二、受激吸收三、受激輻射四、A21，B12

和B21

的關(guān)系五、受激輻射與自發(fā)輻射的區(qū)別E2E1仿受激吸收：W21：單位t單色輻射w()光照，受激輻射高E2躍E1粒子與E2總粒子比，E2粒子單位t受激發(fā)射幾率。

§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射

§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射

§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、自發(fā)輻射二、受激吸收三、受激輻射四、A21，B12

和B21

的關(guān)系五、受激輻射與自發(fā)輻射的區(qū)別B21愛因斯坦受激輻射系數(shù)，腔內(nèi)粒子滿足波爾茲曼分布律：T空腔，輻射場與物質(zhì)平衡，三種輻射存在；§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射

§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射

§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、自發(fā)輻射二、受激吸收三、受激輻射四、A21，B12

和B21

的關(guān)系五、受激輻射與自發(fā)輻射的區(qū)別腔內(nèi)輻射場熱平衡黑體輻射普朗克式，g1,g2是E1,E2微觀量子態(tài)數(shù)——能級簡并度，熱平衡E1，E2粒子不斷變，n2(n1)不變：

或：(1-5-8)和(1-5-10):輻射場單色輻射能量密度§1-1光波動理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射

§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射

§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、自發(fā)輻射二、受激吸收三、受激輻射四、A