第一章 輻射理論基礎(chǔ)概要課件

第一章輻射理論基礎(chǔ)概要與激光產(chǎn)生的條件實(shí)驗(yàn)中采用大功率(1014KW)釹玻璃激光器核聚變實(shí)驗(yàn)的六路真空靶室第一章輻射理論基礎(chǔ)概要1—1光的波粒二象性一.光的發(fā)展簡(jiǎn)史1.牛頓和惠更斯與光的理論學(xué)說牛頓在1669年提出光的“微粒說”.他認(rèn)為光是從光源發(fā)出的一種光微粒流,具有直線傳播的性質(zhì).光微粒流有彈性,并且能被某些物質(zhì)吸收.光微粒流遇到物質(zhì)時(shí),如果不被吸收,就會(huì)被彈回來.惠更斯在1678年提出光的“波動(dòng)說”.他認(rèn)為光從一處傳播到另一處,是和水波類似的波.這兩學(xué)說在相互爭(zhēng)論中發(fā)展,一直持續(xù)了200多年,牛頓的微粒說能圓滿地解釋光的直線傳播、反射等現(xiàn)象,因而在很長(zhǎng)一個(gè)時(shí)期內(nèi)占統(tǒng)治地位.但后來人們又在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),微粒說不能解釋光的干涉、衍射等現(xiàn)象.這就促使科學(xué)家們?nèi)ヌ剿餍碌拇鸢?第一章輻射理論基礎(chǔ)概要2.麥克斯韋建立了光的電磁理論19世紀(jì)初,電的發(fā)明和應(yīng)用,將人類帶進(jìn)了電器時(shí)代。1863年英國物理學(xué)家麥克斯韋，以庫侖、安培、法拉第在電學(xué)上的發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)作了進(jìn)一步發(fā)展，創(chuàng)立了電磁波理論。其要點(diǎn)是：變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，二者交替產(chǎn)生由近及遠(yuǎn)的傳播，既電磁波。并建立了著名的麥克斯韋方程。1887年赫茲用實(shí)驗(yàn)的方法產(chǎn)生了電磁波，證實(shí)了麥克斯韋的電磁波理論。1901年俄國物理學(xué)家列別捷夫用實(shí)驗(yàn)測(cè)定了光壓，結(jié)果與電磁理論十分相互，從而進(jìn)一步鞏固了光的電磁理論，麥克斯韋電磁波的傳播速度上有限的，其速度在真空中為每秒30萬公里，與光速一樣，從而確認(rèn)了光波也是電磁波。應(yīng)用光的電磁波理論,基本上能比較完滿地解釋光的發(fā)射、折射、干涉、衍射、偏振、雙折射等與光的傳播性有關(guān)的一系列重要現(xiàn)象。第一章輻射理論基礎(chǔ)概要3.愛因斯坦站在了巨人肩膀上電磁波理論雖然使光的波動(dòng)說一度占領(lǐng)了光學(xué)領(lǐng)域，但19世紀(jì)末，實(shí)踐中遇到的光與物質(zhì)相互作用的許多現(xiàn)象卻無法解釋，如黑體輻射、光的吸收與發(fā)射、光電效應(yīng)、光化學(xué)反應(yīng)等。1905年，愛因斯坦發(fā)展了普朗克的量子假說，在一種全新的物理意義上提出了光子學(xué)說。光在本質(zhì)上是由一些具有確定能量和動(dòng)量的物質(zhì)微?！饬孔踊蚬庾铀M成，而光子的能量和動(dòng)量的數(shù)值，與一定的光的頻率或波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)，即愛因斯坦認(rèn)為光子既是粒子、同時(shí)又是波。光在與物質(zhì)相互作用時(shí)粒子性明顯，光在傳播中則波動(dòng)性突出。光的這種粒子性和波動(dòng)性相互對(duì)立又并存的性質(zhì)，叫做光的“波粒二象性”。第一章輻射理論基礎(chǔ)概要二.光的波粒二象性1、光波——波長(zhǎng)為4000埃～7600埃的電磁波電磁波--電磁場(chǎng)是E和B的振動(dòng)由近及遠(yuǎn)傳播的過程ZXY電矢量叫做光矢量,光波是橫波.對(duì)電磁場(chǎng)----用經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)的Maxwell方程組描述第一章輻射理論基礎(chǔ)概要（1）線偏振光

偏振光（線偏振光）符號(hào)表示光振動(dòng)只沿某一固定方向的光.振動(dòng)面(2)自然光z傳播方向第一章輻射理論基礎(chǔ)概要（3）光速、頻率和波長(zhǎng)三者的關(guān)系(a)波長(zhǎng):振動(dòng)狀態(tài)在經(jīng)歷一個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)向前傳播的距離。(b)光速(c)頻率和周期：光矢量每秒鐘振動(dòng)的次數(shù)(d)三者的關(guān)系在真空中各種介質(zhì)μ中傳播時(shí)，保持其原有頻率不變，而速度各不相同第一章輻射理論基礎(chǔ)概要（4）單色平面波波面——相位相同的空間各點(diǎn)構(gòu)成的面平波面——波面是彼此平行的平面,且在無吸收介質(zhì)中傳播時(shí),波的振幅保持不變。ZXY單色平波面——具有單一頻率的平面波。實(shí)際上任何光波都不可能是全單色的，總有一定的頻率寬度。當(dāng)△v＜＜v0時(shí)，就叫準(zhǔn)單色波。

第一章輻射理論基礎(chǔ)概要ZXY簡(jiǎn)諧波——理想單色平面波①.簡(jiǎn)諧振子模型兩式統(tǒng)一寫成②.簡(jiǎn)諧波方程光波具有時(shí)間周期性和空間周期性電磁波的傳播第一章輻射理論基礎(chǔ)概要③.簡(jiǎn)諧波波矢——空間角頻率波矢k是一個(gè)矢量，方向沿著光線傳播的方向。④.光波?！阅骋徊ㄊ笧闃?biāo)記的駐波在激光理論中，光波模是一個(gè)很重要的概念。麥?zhǔn)戏匠痰慕馓亟猓簡(jiǎn)紊矫娌āＭń猓阂幌盗袉紊矫娌ǖ寞B加。自由空間中的電磁波:任意波矢的平面波均可以存在!受邊界條件限制空間的電磁波：一系列獨(dú)立的具有特定波矢的平面單色駐波。即只允許駐波光模式存在！一種模式是電磁波運(yùn)動(dòng)的一種類型，不同模式以不同的k

區(qū)分。第一章輻射理論基礎(chǔ)概要2、光子引言：愛因斯坦斷言：光是由光子組成（一）.光子的基本性質(zhì)①一定種類的光子的能量,與一定的光的頻率相對(duì)應(yīng)ε=hvv—光的頻率h—普朗克常數(shù)

②.一定種類的光子的質(zhì)量可表達(dá)為考慮相對(duì)論要求m0—

光子的靜止質(zhì)量

υ—光子的速度對(duì)于光子

m0=0υ=c第一章輻射理論基礎(chǔ)概要③.一定種類的光子具有動(dòng)量P,與一定的光的頻率和傳播方向相聯(lián)系n0—光子

行進(jìn)方向上的單位矢量k——

平面波的波矢，它表示2π長(zhǎng)度內(nèi)含有的“完整”波的數(shù)目④.一定種類的光子,具有一定的偏振狀態(tài).(同一狀態(tài)的光子具有相同的偏振狀態(tài)。）⑤.光子具有自旋,故光子是“玻色”