光学Dec 14th.ppt

1、激光轮廓、1 .光源和激光器、2 .物理处理介质、3 .运行反转、 4.com ponents inordertobesuitableforspectroscopicstudies是asourcemustgenerateabeamofradiationwithsufficientpowerforeasydetection le周期. sourcesareoftwotypes.1 .连续资源2 .线性资源， 连续源3360连续源semitradiationthatchangesinintensityslowlywithwavelength.itiswidelyusedinabsorptionan

2、d nce violetregion，themostcommonsourceisthedeuteriumlamp.highpressuregasfilledarclampsthatconnection xenon，ormercuryservewhenapart thetungstenfilamentlampisuseduniversally.thecommoninfraredsourcesareinertsolidsheatedto 1500 t o 2000 k .linesources 3360 sourcesth atomicandmolecularfluorescencespectro

3、scopy提供： andramanspectroscopy.mercuryandsodiumvaporlampsprovidearelativelyfewsharplinesintheultravioletandvisibleregionsandareusedid err ts.hollowcathodelampsandelectrodelessdischargelampsarethemostimportantlinesourcesforatomicabsorppps uo rescence methods . Laser Sources，thetermlaserisanacronymforl

4、ightamplificationbystimulatedemissionofradiation.laserarehighlyusefulbecauseoftheirv 窄带宽，单峰值，和激活. laserarewidelyusedinhigh -解决方案规范。波长=604.7nm，波长范围=0.00047nm，He-Ne激光器：(b )高瞬时辐射功率，P=100瓦的灯泡： W=100焦耳，t=1秒(c )良好的方向性，射出最远，普通光源，发散角360度，激光激光示波器：分辨率： YAG 1064 nm : IR。 523纳米3360绿色、CW /脉冲宽度ne 632.8纳米3360红色、CW

5、 ar 488纳米(蓝色)或514.5纳米(绿色)。 also uv线、CW (4- levelsystemdyeorganicdyesolutionstunableoutputs (变距离)、pulsed(4-leved )成本低成本高，应用程序，激光测距，激光测长，测量速度，激光准直，激光加工切割金属激光激光照片， 激光排版fourprocessessinlasingmechanism :1.pumping2. spontaneous emission (fluorescence ) 3.stimulated emission4. AAM pumpingmoleculesoftheacti

6、vemediumareexcitedtohigherenergylevelsenergyforexcitationelectrical，灯光or chemical reaction2. spontaneousemissionamoleculeinanexcitedstatecanloseexcessenergybyemittingaphoton (this is fluorescence ) e=零流量e=ey exe (fluorescence ) (absorption ) fluorescentlightisatlongerwavelengththanexcitationlight， 3

7、.stimulatedemissionmusthavestimulatedemissiontohavelasingexcitedmoleculesinteractwithphotonsproducedbyemissioncollisioncaaliis demitaphoton(i.e .emission ) photonenergyofthisemission=photonenergyofcollisionphotonnowthereare2photonswithsameenergy (安装) 4.absorptioncompeteswithstimulatedemissionamolecu

8、leinthegroundstateabsorbsphotonsandispromotedtotheexcitedstatesameenergylly s butnowthephotonsthatwereproducedforlasingaregone， population inversion 3360 musthavepopulationinversiontosustainlasing.populationofmoleculesisinverted (relativetohowthepopperted ) . normally : therearemoremoleculesinthegro

9、undstatethanintheexcitedstate (需要50 % ).population inversion : moremoleculesintheee moremoleculesinthegroundstatemoremoleculesthatcanabsorbphotonsremember : absorptioncompeteswithstimulatedemissionlightisatte dmoremoleculesintheexcitedstatenetgaininphotonsproduced，粒子按能级统一分布，原子系热平衡温度为t，能级en上的原子数为Nn，则

10、k上的统一规则称为玻尔兹曼正态分布，g n是主量子数为n的能级简并度、(简并度为具有相同能量的原子状态数)、N1为位于能级E1的原子数、N2为位于能级E2的原子数、E2E1即1为基态、或热平衡时，处于高能级的原子数总是低于处于低能级的原子数。能级的寿命、E2能级上的粒子数、dt时间内自发地向E1能级上迁移的粒子数如果是-dN2，则对上式进行积分，A21是每单位时间从E2能级向E1能级迁移的概率原子的能级寿命与原子的结构有关，一般的激发态能级寿命达到10-8，寿命达到10-31秒的能级状态，称为准稳定状态，实际上由于碰撞和其他干扰，原子能级的寿命比自然寿命(10-8 )小几位数。 外来光引起激发

11、辐射和吸收，因此每单位时间的转变概率必须与原子周围的该频率的辐射能量密度成比例，因此，在爱因斯坦系数、热平衡状态下，在两能级之间，每单位时间的激发吸收光子数必须等于激发辐射和自发辐射光子数为了使上式的两端对于任何h/kT的值都成立，对应的系数必须相等，与自发辐射无关，激发辐射相干，为了得到相干性强的光，必须用激发辐射产生光放大。 当光束经过一定的过程后被吸收的光子数比激发放射的光子数多时，宏观效应就是光放大，但是在热平衡时，粒子是正态分布，总是在宏观上总是作为光吸收出现。 为了实现粒子数的反转分布，必须提供原子能，将低能级的原子提高到高能级。 这个过程称为光吸引。 howtoachievepopulationinversion？ laser systems :3-levelor4- levelisbettereasiertosustainpopulationinversion3- level system : lasingtranning it启动程序andthegroundstate 4级系统3360 lasingtransitionisbetweentwoenergylevels (neitherofwhichisgroundstate ) allyouneedistohavemoremoleculesineytha