第2讲激光产生机理与特性_第1页
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激光原理与技术第二讲激光产生机理与特性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光的相干性光子态与光波模式是电磁场运动状态描述的两种等效提法，是两种等效的物理概念；相格的空间体积以及一个光波模式或光子态占有的空间体积都等于相干体积；属于同一状态的光子或同一模式的光波是相干的，而不同状态的光子或不同模式的光波是不相干的。122.2激光产生的机理黑体辐射与普朗克公式黑体：一个物体能够完全吸收任何波长的电磁辐射，则称此物体为绝对黑体或黑体。自然界中不存在绝对黑体，而如图所示的空腔辐射体是黑体的理想近似。黑体辐射：当黑体处于某一恒定温度的热平衡状态，它吸收的电磁辐射和发射的电磁辐射完全相等，即处于能量平衡状态，这将导致空腔内存在完全确定的辐射场。这种辐射场称为黑体辐射或平衡辐射。132.2激光产生的机理普朗克公式：142.2激光产生的机理受激辐射与自发辐射自发辐射（Spontaneousemission）152.2激光产生的机理162.2激光产生的机理如何确定自发辐射系数？生活中的自发辐射？红宝石晶体自发辐射平均寿命测量装置测量得到的原子自发辐射能量衰减曲线172.2激光产生的机理受激吸收（StimulatedAbsorption）182.2激光产生的机理受激辐射（StimulatedEmission）192.2激光产生的机理202.2激光产生的机理212.2激光产生的机理受激辐射的相干性自发辐射和受激辐射的区别是什么？自发辐射发出的光子在相位、传输方向、偏振方向等特性上是无规则的，即平均分配在腔内可能稳定存在的所有的电磁场模式上；受激辐射则是受到外加电磁场激发而产生的过程，由量子电动力学可以严格证明受激辐射光子与入射光子属于同一光子态，即具有相同的频率、相位、波矢和偏振等特性。按照经典原子模型，将原子看作简谐振动的电偶极子，自发跃迁是原子中电子的自发阻尼振荡，因此每个原子的自发跃迁互相之间没有关联；而受激辐射可以看作电子在外加光场作用下做受迫振动，其振荡频率、相位、方向等与外加光场一致。大量原子在同一辐射场激发下产生的受激辐射光子处于同一光子态，因而是相干的。222.2激光产生的机理232.2激光产生的机理242.2激光产生的机理252.2激光产生的机理262.2激光产生的机理272.2激光产生的机理损耗大于增益增益大于损耗282.2激光产生的机理292.2激光产生的机理302.2激光产生的机理312.2激光产生的机理光学谐振腔的作用提供正反馈控制激光模式光学谐振腔的作用很重要，但并不是不可或缺的，在某些高增益工作物质构成的激光器中，不需要谐振腔就能够形成自激振荡，只是相干性较差。32激光的特性1、激光的空间相干性与方向性方向性越好、空间相干性程度越高方向性（发散角）受衍射极限的限制2、激光的时间相干性与单色性单色性越好、相干时间越长

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