第2講激光產(chǎn)生機理與特性

激光原理與技術第二講激光產(chǎn)生機理與特性22.1光的相干性32.1光的相干性42.1光的相干性52.1光的相干性62.1光的相干性72.1光的相干性82.1光的相干性92.1光的相干性102.1光的相干性112.1光的相干性光子態(tài)與光波模式是電磁場運動狀態(tài)描述的兩種等效提法，是兩種等效的物理概念；相格的空間體積以及一個光波模式或光子態(tài)占有的空間體積都等于相干體積；屬于同一狀態(tài)的光子或同一模式的光波是相干的，而不同狀態(tài)的光子或不同模式的光波是不相干的。122.2激光產(chǎn)生的機理黑體輻射與普朗克公式黑體：一個物體能夠完全吸收任何波長的電磁輻射，則稱此物體為絕對黑體或黑體。自然界中不存在絕對黑體，而如圖所示的空腔輻射體是黑體的理想近似。黑體輻射：當黑體處于某一恒定溫度的熱平衡狀態(tài)，它吸收的電磁輻射和發(fā)射的電磁輻射完全相等，即處于能量平衡狀態(tài)，這將導致空腔內(nèi)存在完全確定的輻射場。這種輻射場稱為黑體輻射或平衡輻射。132.2激光產(chǎn)生的機理普朗克公式：142.2激光產(chǎn)生的機理受激輻射與自發(fā)輻射自發(fā)輻射（Spontaneousemission）152.2激光產(chǎn)生的機理162.2激光產(chǎn)生的機理如何確定自發(fā)輻射系數(shù)？生活中的自發(fā)輻射？紅寶石晶體自發(fā)輻射平均壽命測量裝置測量得到的原子自發(fā)輻射能量衰減曲線172.2激光產(chǎn)生的機理受激吸收（StimulatedAbsorption）182.2激光產(chǎn)生的機理受激輻射（StimulatedEmission）192.2激光產(chǎn)生的機理202.2激光產(chǎn)生的機理212.2激光產(chǎn)生的機理受激輻射的相干性自發(fā)輻射和受激輻射的區(qū)別是什么？自發(fā)輻射發(fā)出的光子在相位、傳輸方向、偏振方向等特性上是無規(guī)則的，即平均分配在腔內(nèi)可能穩(wěn)定存在的所有的電磁場模式上；受激輻射則是受到外加電磁場激發(fā)而產(chǎn)生的過程，由量子電動力學可以嚴格證明受激輻射光子與入射光子屬于同一光子態(tài)，即具有相同的頻率、相位、波矢和偏振等特性。按照經(jīng)典原子模型，將原子看作簡諧振動的電偶極子，自發(fā)躍遷是原子中電子的自發(fā)阻尼振蕩，因此每個原子的自發(fā)躍遷互相之間沒有關聯(lián)；而受激輻射可以看作電子在外加光場作用下做受迫振動，其振蕩頻率、相位、方向等與外加光場一致。大量原子在同一輻射場激發(fā)下產(chǎn)生的受激輻射光子處于同一光子態(tài)，因而是相干的。222.2激光產(chǎn)生的機理232.2激光產(chǎn)生的機理242.2激光產(chǎn)生的機理252.2激光產(chǎn)生的機理262.2激光產(chǎn)生的機理272.2激光產(chǎn)生的機理損耗大于增益增益大于損耗282.2激光產(chǎn)生的機理292.2激光產(chǎn)生的機理302.2激光產(chǎn)生的機理312.2激光產(chǎn)生的機理光學諧振腔的作用提供正反饋控制激光模式光學諧振腔的作用很重要，但并不是不可或缺的，在某些高增益工作物質(zhì)構(gòu)成的激光器中，不需要諧振腔就能夠形成自激振蕩，只是相干性較差。32激光的特性1、激光的空間相干性與方向性方向性越好、空間相干性程度越高方向性（發(fā)散角）受衍射極限的限制2、激光的時間相干性與單色性單色性越好、相干時間越長