高二物理 光的受激輻射概念的產(chǎn)生 競賽課件

光的受激輻射概念的產(chǎn)生一、光的受激輻射概念的產(chǎn)生普朗克——1900年，輻射量子化假設(shè)；波爾——1913年，原子中電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的量子化假設(shè)；愛因斯坦——1917年，提出受激輻射概念。1.黑體輻射的Planck公式：任何物質(zhì)在一定溫度下都要輻射和吸收電磁輻射（熱輻射）。黑體：能夠完全吸收任何波長的電磁輻射的物體。空腔輻射體熱平衡狀態(tài)：黑體吸收的輻射能量黑體放出的輻射能量單色能量密度：Planck輻射能量量子化假說：黑體輻射Planck公式：熱平衡狀態(tài)下，黑體輻射分配到腔內(nèi)每個(gè)模式上的平均能量：腔內(nèi)單位體積中頻率處于附近單位頻率間隔內(nèi)的光波模式數(shù)為：2.躍遷：躍遷：原子從某一能級(jí)吸收或釋放能量，變成另一能級(jí)。吸收躍遷：低吸收能量高輻射躍遷：高輻射能量低二、自發(fā)輻射、受激吸收和受激輻射1.自發(fā)輻射（SpontaneousEmission）。發(fā)光前發(fā)光后普通光源（白熾燈、日光燈、高壓水銀燈）的發(fā)光過程為自發(fā)輻射。各原子自發(fā)輻射發(fā)出的光彼此獨(dú)立，頻率、振動(dòng)方向、相位不一定相同——為非相干光。E1E2hnE1E2hn主要特征：無需外來光，隨機(jī)發(fā)光，發(fā)出的光子不相干，即相位、偏振態(tài)、傳輸方向是隨機(jī)的；發(fā)出的光子能量分布在許許多多個(gè)模式上。自發(fā)輻射幾率（Spontaneoustransitionrate）：

A21

－能級(jí)21

躍遷的特征參數(shù)E2能級(jí)平均壽命

表示由于自發(fā)輻射躍遷引起的由向躍遷的原子數(shù)。推導(dǎo)A21and

s

的關(guān)系式

在自發(fā)輻射過程中，E2能級(jí)上粒子隨時(shí)間按指數(shù)衰減；自發(fā)輻射幾率A21與自發(fā)輻射（能級(jí)）壽命ts呈倒數(shù)關(guān)系；

ts可以通過實(shí)驗(yàn)測得，由A21=1/

s可獲得自發(fā)輻射幾率；

A21只決定于物質(zhì)本身性質(zhì)，與輻射場

無關(guān)。2.受激吸收（stimulatedabsorptionSTA）吸收前吸收后受激吸收躍遷幾率：：受激吸收躍遷愛因斯坦系數(shù)只與原子本身性質(zhì)有關(guān)與原子本身性質(zhì)和輻射場能量密度有關(guān)唯象的表示為：發(fā)光前發(fā)光后3.受激輻射（stimulatedemissionSTE）當(dāng)外來光子的頻率滿足時(shí)，使原子中處于高能級(jí)的電子在外來光子的激發(fā)下向低能級(jí)躍遷而發(fā)光。受激輻射的光放大示意圖受激輻射光具有與外來光子一樣的特征：相位、偏振態(tài)、傳輸方向完全相同，所以受激輻射光是相干光。：受激輻射躍遷愛因斯坦系數(shù)只與原子本身性質(zhì)有關(guān)受激輻射躍遷幾率：與原子本身性質(zhì)和輻射場能量密度有關(guān)當(dāng)光與原子相互作用時(shí)，總是同時(shí)存在這三種過程三、愛因斯坦三系數(shù)的相互關(guān)系熱平衡狀態(tài)：輻射率吸收率（輻射場總光子數(shù)保持不變）玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)分布：——各能級(jí)上的原子數(shù)密度（集居數(shù)密度）——能級(jí)和的簡并度，