激光原理第一章第一節(jié)

1、第一章 輻射理論基礎(chǔ)概要 與激光產(chǎn)生(chnshng) 的條件實驗中采用(ciyng)大功率(1014KW)釹玻璃激光器核聚變實驗的六路真空靶室共十四頁11 光的波粒二象性一. 光的發(fā)展(fzhn)簡史1. 牛頓和惠更斯與光的理論(lln)學(xué)說 牛頓在1669年提出光的“微粒說”.他認為光是從光源發(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,如果不被吸收,就會被彈回來. 惠更斯在1678年提出光的“波動說”.他認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、

2、反射等現(xiàn)象,因而在很長一個時期內(nèi)占統(tǒng)治地位.但后來人們又在實驗中發(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?共十四頁 2. 麥克斯韋建立了光的電磁(dinc)理論 19世紀初,電的發(fā)明和應(yīng)用,將人類帶進了電器時代。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)作了進一步發(fā)展，創(chuàng)立了電磁波理論。其要點是：變化的電場產(chǎn)生磁場，變化的磁場產(chǎn)生電場，二者交替(jiot)產(chǎn)生由近及遠的傳播，既電磁波。并建立了著名的麥克斯韋方程。1887年赫茲用實驗的方法產(chǎn)生了電磁波，證實了麥克斯韋的電磁波理論。1901年俄國物理學(xué)家列別捷夫用實驗測定了光壓，結(jié)果與

3、電磁理論十分相互，從而進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。共十四頁3. 愛因斯坦站在了巨人(jrn)肩膀上 電磁波理論雖然使光的波動說一度占領(lǐng)了光學(xué)領(lǐng)域，但19世紀末，實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(wl)意義上提出了光子學(xué)說。 光在本質(zhì)上是由一些具

4、有確定能量和動量的物質(zhì)微粒光量子或光子所組成，而光子的能量和動量的數(shù)值，與一定的光的頻率或波長相對應(yīng)，即 愛因斯坦認為光子既是粒子、同時又是波。光在與物質(zhì)相互作用時粒子性明顯，光在傳播中則波動性突出。光的這種粒子性和波動性相互對立又并存的性質(zhì)，叫做光的“波粒二象性”。共十四頁二. 光的波粒二象性1、光波(gungb)波長為4000埃7600埃的電磁波電磁波-電磁場是E和B的振動(zhndng)由近及遠傳播的過程ZXY電矢量叫做光矢量,光波是橫波.對電磁場-用經(jīng)典電動力學(xué)的Maxwell方程組描述共十四頁（1） 線偏振光 偏振光（線偏振光）符號表示光振動(zhndng)只沿某一固定方向的光 .振

5、動面(2)自然光z傳播方向共十四頁（3） 光速、頻率(pnl)和波長三者的關(guān)系(a)波長:振動狀態(tài)在經(jīng)歷(jngl)一個周期的時間內(nèi)向前傳播的距離。(b)光速(c)頻率和周期：光矢量每秒鐘振動的次數(shù)(d)三者的關(guān)系在真空中 各種介質(zhì)中傳播時，保持其原有頻率不變，而速度各不相同 共十四頁（4） 單色平面波 波面相位相同的空間(kngjin)各點構(gòu)成的面平波面波面是彼此(bc)平行的平面,且在無吸收介質(zhì)中傳播時,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vv0時，就叫準單色波。 共十四頁ZXY簡諧波理想(lxing)單色平面波.

6、簡諧振子模型(mxng) 兩式統(tǒng)一寫成.簡諧波方程光波具有時間周期性和空間周期性 電磁波的傳播共十四頁.簡諧波波矢空間(kngjin)角頻率波矢k是一個矢量，方向沿著(yn zhe)光線傳播的方向。.光波模以某一波矢 為標記的駐波在激光理論中，光波模是一個很重要的概念。麥氏方程的解特解：單色平面波。通解：一系列單色平面波的疊加。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動的一種類型，不同模式以不同的k 區(qū)分。共十四頁2、 光子(gungz)引言：愛因斯坦斷言：光是由光子(gu

7、ngz)組成（一）.光子的基本性質(zhì) 一定種類的光子的能量,與一定的光的頻率相對應(yīng)= h v v 光的頻率 h 普朗克常數(shù) .一定種類的光子的質(zhì)量可表達為考慮相對論要求m0 光子的靜止質(zhì)量 光子的速度對于光子 m0 = 0 =c共十四頁.一定種類的光子具有(jyu)動量P,與一定的光的頻率和傳播方向相聯(lián)系n0 光子(gungz) 行進方向上的單位矢量k 平面波的波矢，它表示2長度內(nèi)含有的“完整”波的數(shù)目. 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)。）. 光子具有自旋,故光子是“玻色”子。（即處于）相同狀態(tài)的光子數(shù)目是無限制的。共十四頁從波動的觀點得到光的模式，與從光子的觀點得到光子的量子(lingz)狀態(tài)是相同，兩者在概念上是等效的。共十四頁內(nèi)容摘要第一章 輻射理論基礎(chǔ)概要。11 光的波粒二象性。電磁波-電磁場是E和B的振動由近及遠傳播的過程。偏振光（線偏振光）。(a)波長:振動狀態(tài)在經(jīng)歷一個周期的時間內(nèi)向前傳播的距離。實際上任何光波都不可能是全單色的，總有一定的頻率寬度。波矢k是一個矢量，方向沿著光線傳播的方向。自由空間中的電磁波:任意波矢的平面波均可以存在。一種模式是