第二讲激光的基础知识

激光的基本知识四激光的特点三激光的基本原理五激光的应用激光的基本知识二光与物质的相互作用一

光的基本特性2一.光的基本特性1、光的波粒二象性光的波粒二象性波动性粒子性－电磁理论－波动属性：光波模式－光子理论－粒子属性：光子态电磁波--电磁场是E和B的振动由近及远传播的过程ZXY光矢量，横波(振动方向和传播方向垂直）.一.光的基本特性2、光波模式（波动性）光波具有一定的偏振、传播方向和频率一.光的基本特性2、光波模式（波动性）(1)波长:振动状态在经历一个周期的时间内向前传播的距离。(2)光速(3)频率：光矢量每秒钟振动的次数(4)三者的关系在真空中

一.光的基本特性2、光波模式一.光的基本特性3、光子模式（粒子性）波矢量(普朗克常数=6.626068×10-34

m2

kg/s)40年后，受激辐射在激光技术

中得到应用1913年，波尔提出原子中电子运动状态量子化假设爱因斯坦首先提出受激辐射和自发辐射的概念1917年1900年，普朗克利用辐射量子化假设成功解释黑体辐射分布规律它是激光器的物理基础二.光与物质的相互作用任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领。辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布。二.光与物质的相互作用1、原子能级结构二.光与物质的相互作用二.光与物质的相互作用二.光与物质的相互作用

光与物质相互作用的三个过程：为简化问题，我们只考虑原子的两个能级E2和E

1并有E2—E1=hn单位体积内处于两能级的原子数分别用n2和n1，如图所示。E2、n2E1、n1爱因斯坦从辐射与原于相互作用的量子论观点出发，提出，光与物质相互作用的三个过程：自发辐射跃迁受激辐射跃迁受激吸收跃迁当光与原子相互作用时，总是同时存在这三种过程二.光与物质的相互作用普通光源（白炽灯、日光灯、高压水银灯）的发光过程为自发辐射。各原子自发辐射发出的光彼此独立，频率、振动方向、相位不一定相同——为非相干光。自发辐射发光：

各原子自发辐射发出的光彼此独立频率、偏振、相位等不一定相同——为非相干光。二.光与物质的相互作用发光前发光后受激辐射：处于高能级上的原子，受到能量为hn=E2-E1的外来光子的激励，由高能级受迫跃迁到低能级，同时辐射出一个与激励光子全同的光子。二.光与物质的相互作用不相干

受激辐射与自发辐射的区别自发辐射--不受外界辐射场控制--自发过程。相位是无规则分布的，传播方向和偏振方向也是无规则分布的，自发辐射平均地分配到腔内所有模式上。二.光与物质的相互作用相干光受激辐射与自发辐射的区别受激辐射--在外界辐射场的控制下的发光过程，各原子的受激辐射具有和外界辐射场相同的相位,受激辐射光子与入射(激励)光子属于同一光子态；受激辐射场与入射辐射场具有相同的频率、相位、波矢(传播方向)和偏振。受激辐射场与入射辐射场属于同一模式。

光的相干性？二.光与物质的相互作用受激吸收：原子因受满足频率条件的光子的激励而跃迁到较高能态的过程吸收前吸收后三.激光的基本原理1.激光的产生三.激光的基本原理1.激光的产生粒子数反转是产生激光的必要条件如何打破热平衡条件，实现粒子数反转？三.激光的基本原理2.激光的组成指为使激光工作物质实现并维持粒子数反转而提供能量来源的机构或装置。①光学激励(光泵)。是利用外界光源发出的光来辐照工作物质以实现粒子数反转，整个激励装置，通常是由气体放电光源（如氙灯、氪灯）和聚光器组成②气体放电激励。是利用在气体工作物质内发生的气体放电过程来实现粒子数反转的，整个激励装置通常由放电电极和放电电源组成。③化学激励。是利用在工作物质内部发生的化学反应过程来实现粒子数反转的，通常要求有适当的化学反应物和相应的引发措施。④核能激励。是利用小型核裂变反应所产生的裂变碎片、高能粒子