光的量子性和激光簡介(3)

1、關(guān)于光的量子性和激光簡介(3)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第一頁，共19頁3、玻爾原子模型與愛因斯坦輻射理論、玻爾原子模型與愛因斯坦輻射理論一、原子結(jié)構(gòu)經(jīng)典理論的困難1、經(jīng)典原子模型 盧瑟福粒子散射實驗證明，原子中心有個很小的核，即原子是由帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子組成，它們之間存在著靜電的吸引力。按照庫侖定律，靜電力服從平方反比律，這和天體間的萬有引力服從的規(guī)律是一樣的。所以由經(jīng)典理論可知：現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二頁，共19頁（1）原子中的電子應(yīng)象太陽系中的行星繞日旋轉(zhuǎn)那樣，圍繞著原子核沿圓或橢圓軌道不斷地旋轉(zhuǎn)。（2）電子繞核旋轉(zhuǎn)，必須具有一定的動能。動能越大軌道的半徑或半長軸就越大；沒有動能時，它就會被靜電力吸

2、引到原子核上去。（3）電子軌道運動的周期T正比與半徑或半長軸a的3/2次方，即T a 3/2（開普勒第三定律）。軌道越小，周期越短?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三頁，共19頁2、經(jīng)典理論的困境（1）任何作加速運動的帶電粒子都要發(fā)射電磁波。而電子沿圓或橢圓的軌道旋轉(zhuǎn)是一種加速運動，它必然要不斷地發(fā)射電磁波。（2）電磁波要帶走一部分能量，這能量來源于帶電粒子本身，既然電子不斷發(fā)射電磁波，其動能不斷被消耗掉。如果沒有能量補充，每個電子的軌道都要不斷縮小，最后被吸引到原子核上去?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四頁，共19頁（3）若電子運動的周期是T，則它發(fā)射的電磁波的周期也是T，或者說，電磁波的頻率=1/T。在電子軌道不斷縮小的過

3、程中周期不斷減小，從大量原子平均來看，它們發(fā)射的電磁波譜應(yīng)是連續(xù)的。（4）事實上電子可以在核周圍處于無輻事實上電子可以在核周圍處于無輻射狀態(tài)，此外原子的光譜不是連續(xù)譜，射狀態(tài)，此外原子的光譜不是連續(xù)譜，而是線狀的分立譜。這和經(jīng)典理論直而是線狀的分立譜。這和經(jīng)典理論直接沖突。接沖突?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五頁，共19頁二、氫原子光譜中的譜線學(xué)二、氫原子光譜中的譜線學(xué)1、在長期的研究中人們發(fā)現(xiàn)氫原子光譜中可光波段內(nèi)有一個譜線序列，它們的波長可用下列經(jīng)驗公式表示：現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六頁，共19頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七頁，共19頁2、氫原子譜線系現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八頁，共19頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第九頁，共19頁3、結(jié)論現(xiàn)在學(xué)習(xí)的

4、是第十頁，共19頁三、玻爾假說1、原子存在某些定態(tài)定態(tài)，在這些定態(tài)中不發(fā)出也不吸收電磁輻射能。原子定態(tài)的能量只能采取某些原子定態(tài)的能量只能采取某些分立的值分立的值E1，E2，En，而不能采取其它值。，而不能采取其它值。這些定態(tài)能量的值勤叫做能級能級。2、只有當(dāng)原子從一個定態(tài)躍遷躍遷到另一定態(tài)時，才發(fā)出或吸收電磁輻射。3、玻爾頻率條件：hv= En- Em或v= （ En- Em ）/h4、氫原子的能級應(yīng)為： En = -hcT（n）= -hcRH/n2 n叫做（主）量子數(shù)。5、原子能級中能量最低的叫做基態(tài)基態(tài)，其余的叫做激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十一頁，共19頁四、粒子數(shù)按能級的統(tǒng)計分布 玻

5、耳茲曼正則分布律 NneEn / kT 在常溫的熱平衡態(tài)下，電氣體中幾乎全部處于基態(tài). N1 N2現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十二頁，共19頁五、自發(fā)輻射、受激輻射和受激吸收現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十三頁，共19頁六、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)與光放大1、熱平衡時，N1 N2，光在介質(zhì)中傳播， 總是受激吸收 占優(yōu)勢, N1N2反轉(zhuǎn)分布（激活介質(zhì)）。2、在處于反轉(zhuǎn)分布的激活介質(zhì)中，當(dāng)有外來光信號輸入時，其中v= （ E2- E1）/h的成分就放大了（受激輻射）。七、能級的壽命、穩(wěn)態(tài)與亞穩(wěn)態(tài) 激發(fā)態(tài): 10-8 s 亞穩(wěn)態(tài): 10-3s現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十四頁，共19頁4、激光簡介一、激光器原理產(chǎn)生激光有三個主要元素：（1 1）激活介質(zhì)能經(jīng)

6、受激發(fā)射而使入射光）激活介質(zhì)能經(jīng)受激發(fā)射而使入射光 強放大；強放大；（2 2）能使激活介質(zhì)產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的泵）能使激活介質(zhì)產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的泵 浦裝置；浦裝置；（3 3）放置激活介質(zhì)的詣?wù)袂?，它增加放）放置激活介質(zhì)的詣?wù)袂唬黾臃?大并實施發(fā)射頻率的選擇。大并實施發(fā)射頻率的選擇?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十五頁，共19頁二、常見激光器的種類固體激光器（紅寶石激光器）氣體激光器（氦氖激光器）染料激光器（用在液體中能發(fā)出熒光 的有機染料分子 作為激 活劑）半導(dǎo)體激光器現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十六頁，共19頁三、激光的主要特性1、能量高度集中；、能量高度集中；2、時間相干性高、時間相干性高譜線窄，單色性好；譜線窄，單色性好；3、空間相干性好、空間相干性好波前上各點都是相波前上各點都是相 干的。干的。 即一方面激光是定向強光束，另一面即一方面激光是定向強光束，另一面是單色的相干光束。是單色的相干光束?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十七頁，共19頁四、激光的應(yīng)用 激光在各個技術(shù)領(lǐng)域中的有著廣泛應(yīng)用：激光通訊、激光測距、激光定向、激光準(zhǔn)直、激光雷達(dá)、激光切削、激光手術(shù)、激光武器、激光顯微光譜分析、激光受控?zé)岷朔磻?yīng)等方面，主要