光的量子性與激光

第五篇量子物理基礎(chǔ)早期量子論量子力學(xué)相對論量子力學(xué)普朗克能量量子化假說愛因斯坦光子假說康普頓效應(yīng)玻爾的氫原子理論德布羅意實物粒子波粒二象性薛定諤方程波恩的物質(zhì)波統(tǒng)計解釋海森伯的測不準(zhǔn)關(guān)系狄拉克把量子力學(xué)與狹義相對論相結(jié)合

研究線度在10-10~10-15m的微觀粒子的運動規(guī)律及物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。第十四章光的量子性與激光第十五章量子力學(xué)基礎(chǔ)第十六章固體中的電子第十七章原子核和基本粒子近代物理兩大支柱：相對論和量子論.第十四章光的量子性和激光本次課的基本內(nèi)容1、什么是黑體？黑體輻射有哪兩條實驗規(guī)律？2.如何理解普朗克的能量子假說？3、光電效應(yīng)有哪些實驗規(guī)律？愛因斯坦的光子理論對光電效應(yīng)是如何解釋的？愛因斯坦光電效應(yīng)方程如何？4、為什么說光具有波粒二象性？5.什么是康普頓效應(yīng)？它與光電效應(yīng)有什么區(qū)別?

光子理論對康普頓效應(yīng)是如何解釋的？14-1黑體輻射普朗克能量子假設(shè)一、黑體、黑體輻射在常溫下向外輻射電磁波基本上都分布在紅外區(qū)域。實驗表明：一切物體是以電磁波的形式向外輻射能量。輻射的能量與溫度有關(guān)，稱之為熱輻射。

如果物體輻射的能量恰好等于同時間內(nèi)物體吸收的能量，此時物體的溫度恒定不變，稱之為平衡熱輻射。

如果一個物體能全部吸收投射在它上面的輻射而無反射，這種物體我們就稱它為黑體。例如宇宙中的黑洞就是一個絕對黑體。因此我們討論的黑體只是一個理想的模型。黑體模型

一般的物體都不可能是黑體，例如最黑的煙煤，對入射的電磁波也只能吸收99%，還不是黑體。用不透明材料做成有小孔的黑體空腔，可看作黑體。如圖所示：

從小孔射入黑體空腔中的電磁波，經(jīng)多次反射吸收，強度逐漸減弱，最后能從小孔中反射出去的可能性幾乎為零。從外往內(nèi)觀測，腔內(nèi)是全黑的。

單位時間內(nèi),從物體表面單位面積上所發(fā)射的各種波長的總輻射能單色輻出度：

單位時間內(nèi),從物體表面單位面積上發(fā)出的波長在λ附近單位波長間隔內(nèi)的輻射能.輻射出射度(總輻出度):

為了定量描述某物體在某一溫度下輻射出的能量按波長分布而引進了以下兩個概念。絕對黑體的單色輻出度按波長分布曲線0123456λ1700K1500K1300K1100K10-----斯特藩常量

每條曲線下的面積等于絕對黑體在一定溫度下的輻射出射度.即1斯特藩—玻爾茲曼定律（只適用于黑體）二、

斯忒藩（Stefan)—玻爾茲曼定律維恩（Wien)位移定律

由黑體的單色輻出度按波長分布曲線可得黑體輻射的兩條實驗規(guī)律。斯特藩—玻爾茲曼公式2.維恩位移定律從圖中可知，在每一條曲線上，有一最大值所對應(yīng)的波長為lm---峰值波長b=2.897×10-3m.K

維恩位移定律指出:當(dāng)絕對黑體的溫度升高時，單色輻出度最大值向短波方向移動。T,

lm

的關(guān)系由實驗確定為：例如：太陽表面的溫度就是用這種方法測得的。估計試太陽表面的溫度和單位面積上的輻射功率。解：

假設(shè)太陽表面的特性和黑體等效，現(xiàn)測得太陽表面單色輻出度的最大值所對應(yīng)的波長為465nm。三、普朗克的量子假說普朗克公式

因此，維恩和瑞利-金斯的經(jīng)驗公式都與實驗事實不相符合，這就暴露出了經(jīng)典物理的缺陷。于是普朗克提出了能量子假說。——維恩經(jīng)驗公式問題：如何從理論上找到符合實驗的函數(shù)式？14151.經(jīng)典理論的困難1896年維恩用經(jīng)典的熱力學(xué)理論和麥克斯韋分布律導(dǎo)出了：——瑞利-金斯經(jīng)驗公式

后來瑞利和金斯從電磁場理論和統(tǒng)計物理中的能均分定理出發(fā)導(dǎo)出了：oλ123568947實驗值oλ123568947實驗值維恩12oλ123568947實驗值瑞利--金斯紫外災(zāi)難12oλ123568947實驗值維恩瑞利--金斯紫外災(zāi)難1900年,普朗克用內(nèi)插法將瑞利--金斯公式中h為引入的常量----叫普朗克常數(shù)h=6.6260755×10-34J.s式和維恩公式銜接起來得到黑體輻射公式：

2、普朗克能量子假說c

——光速k——玻爾茲曼恒量這一公式稱為普朗克公式,它和實驗非常符合。1817oλ123568947普朗克實驗值回到17.普朗克能量子假說(1)組成黑體壁的分子、原子可看作是帶電的線性諧振子，可以吸收和輻射電磁波。

對于頻率為的諧振子最小能量為h

稱為普朗克常數(shù).(2)這些諧振子只能處于某種特殊的能量狀態(tài)，它的能量取值只能為某一最小能量（稱為能量子）的整數(shù)倍，即：n是正整數(shù)(量子數(shù))

普朗克認(rèn)為這只是一個僥幸揣測出來的內(nèi)插公式,因此他必修要尋找這個公式的理論根據(jù)…..如何從理論上尋找符合實驗曲線的函數(shù)式?

普朗克(1858―1947),德國物理學(xué).量子物理學(xué)的開創(chuàng)者和奠基人，1918年獲得諾貝爾物理學(xué)獎金.

普朗克創(chuàng)立的量子理論，是物理學(xué)史上的一次巨大變革。這一變革結(jié)束了經(jīng)典物理學(xué)一統(tǒng)天下的局面。

諧振子在輻射或吸收能量時，從一個狀態(tài)躍遷到另一個狀態(tài)。在能量子假說基礎(chǔ)上，普朗克得到了黑體輻射公式：一、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律光電效應(yīng)光照射到金屬表面時，有電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象。光電子逸出的電子。OOOOOOOO光電子由K飛向A，回路中形成光電流。14-2

光電效應(yīng)光的波粒二象性光電效應(yīng)伏安特性曲線飽和電流光強較強光強較弱遏止電壓1、單位時間內(nèi)從陰極逸出的光電子數(shù)(光電流)與入射光的強度成正比。當(dāng)光電管電壓為零時，光電流并不為零。2、光電子的初動能與入射光頻率成正比，與入射光的強度無關(guān)。遏止電壓的存在說明光電子具有初動能，其關(guān)系為：光電效應(yīng)的實驗規(guī)律

當(dāng)反向電壓加至?xí)r光電流為零，稱為遏止電壓。3、存在截止頻率（紅限）

對于給定的金屬，當(dāng)照射光頻率小于某一數(shù)值（稱為紅限）時，無論照射光多強都不會產(chǎn)生光電效應(yīng)。0稱為某種金屬的紅限頻率（或截止頻率）,0和金屬有關(guān)，不同的金屬0

不同。結(jié)論：光電效應(yīng)的產(chǎn)生幾乎無需時間的累積4.光電效應(yīng)瞬時響應(yīng)性質(zhì)實驗發(fā)現(xiàn)，無論光強如何微弱，從光照射到光電子出現(xiàn)只需要的時間。1）.按經(jīng)典理論光電子的初動能應(yīng)決定于入射光的光強，而不是決定于光的頻率。經(jīng)典電磁波理論的缺陷3）.電子需要能量累積過程，一定會存在一個滯后的時間。因此無法解釋光電效應(yīng)的產(chǎn)生幾乎無須時間的積累。2）.經(jīng)典理論認(rèn)為，只要光照射時間足夠長，電子的能量會充分累積，最后一定能產(chǎn)生電子。因此無法解釋紅限的存在。二、光子愛因斯坦方程——愛因斯坦光電效應(yīng)方程

愛因斯坦光子假說：另一部分轉(zhuǎn)化為光電子的動能，即：

金屬中的自由電子吸收一個光子能量以后，一部分用于電子從金屬表面逸出所需的逸出功W

，

光子是以光速c運動的微粒流，把這些微粒流稱為光量子（光子）,每個光子的能量：3.從方程可以看出光電子初動能和照射光的頻率成線性關(guān)系。

愛因斯坦對光電效應(yīng)的解釋：2.電子只要吸收一個光子就可以從金屬表面逸出，所以無須時間的累積。光強大，單位體積光子數(shù)多，單位時間內(nèi)釋放的光電子也多，所以光電流也大。4.從光電效應(yīng)方程中，當(dāng)初動能為零時，可得到紅限頻率：因為：由于光子速度恒為c，所以光子的“靜止質(zhì)量”為零.光子質(zhì)量:光子的動量：光子能量:三、光的波粒二象性光子是一種基本粒子，在真空中以光速運動.表示粒子特性的物理量

波長、頻率是表示波動性的物理量

表示光子不僅具有波動性，同時也具有粒子性，即具有波粒二象性。A.愛因斯坦對現(xiàn)代物理方面作出了重要的貢獻，特別是闡明了光電效應(yīng)的實驗定律…..1921諾貝爾物理學(xué)獎(1879-1955)例題1鋁的逸出功為4.2eV,今用波長為200nm的紫外光照射到鋁表面上。問

(1)發(fā)射的光電子的最大初動能為多少?(2)遏止電勢差為多大?(3)鋁的紅限波長是多大?=3.23×10-19(J)=2.0

(eV)解:Wm=12mv2hnlhc=WWm=12mv2hn+6.63×10-34×3×108=200×10-64.2×1.6×10-19(1)

已知:W

=4.2eV,l

=200nm由可得：e=Uam12mv2=3.23×10-191.6×10-19=2

(V)e=Uam2mv26.63×10-34×3×108=4.2×1.6×10-19=296

(nm)l0hc=W(2)因為：(3)由于：(1892-1962)美國物理學(xué)家

1927諾貝爾物理學(xué)獎1923-1933年間康普頓（A.H.Compton）觀察X射線通過物質(zhì)散射時，發(fā)現(xiàn)散射的波長發(fā)生了變化(進一步證實了愛因斯坦的光子理論）。14-3

康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)(進一步證實了愛因斯坦的光子理論）11923年間康普頓觀察X射線通過物質(zhì)散射時，發(fā)現(xiàn)散射的波長發(fā)生變化的現(xiàn)象。(康普頓實驗裝置示意圖)調(diào)節(jié)A對R的方位，可使不同方向的散射線進入光譜儀。X射線管光闌石墨體（散射物）X射線譜儀實驗事實：IIII

波長不變的散射稱為正常散射。

波長變長的散射稱為康普頓散射。

但在散射譜線中，除了波長不變的射線外，還有波長變長的射線。

散射X射線的波長中有兩個峰值；波長的偏移與散射角有關(guān)。與散射角有關(guān)石墨的康普頓效應(yīng)........................................................................................（A）0.7000.750λ波長實驗證明：康普頓效應(yīng)的定量分析（單個光子和電子碰撞）YX（1）碰撞前YX（2）碰撞后（3）動量守恒XθY因為光子能量:光子的動量：由能量守恒:由動量守恒:康普頓散射公式電子的康普頓波長?Xθ此式說明：波長改變與散射物質(zhì)無關(guān),僅決定于散射角.

經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時遇到的困難根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過散射物質(zhì)時，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率。無法解釋波長改變和散射角的關(guān)系。2.光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋

光子理論認(rèn)為康普頓效應(yīng)高能光子和低能自由電子碰撞的結(jié)果。

1、若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子,光子的能量減少，頻率變低,因此波長變長.2、若光子和被原子核束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞時，就相當(dāng)于和整個原子相碰撞，由于光子質(zhì)量遠小于原子質(zhì)量，碰撞過程中光子傳遞給原子的能量很少，碰撞前后光子能量幾乎不變，故在散射光中仍然保留有波長0的成分。3、因為碰撞中交換的能量和碰撞的角度有關(guān),

所以波長改變和散射角有關(guān)。4、康普頓散射只有在入射波的波長與電子的康普頓波長可以相比擬時，才是顯著的。所以，在光電效應(yīng)中觀察不到。例題2在康普頓散射中，入射波X射線的波長為3×10-3nm，反沖電子的速率為0.6c。求散射光子的波長和散射方向。EΔmc2m0c2=解（1）電子能量的增量（動能）為:10.6c2()m0c2=cm0c2=0.25m0c2hc′l=0.25m0c2hcl電子能量的增加應(yīng)等于光子能量的損失,即hc′l=0.25m0c2hcl=′l0.25m0chlhl=6.63×10-34×0.030×10-100.25×9.1×10-31×3×108×0.03×10-106.63×10-34=4.3×10-12(m)=4.3×10-3(nm)j2hΔ2sinl()m0c=2=0.2676（2）因為jsin()2=0.5173c=2.4310-12m例題3一波長為0.5×10-10m的X射線與自由電子碰撞，在與入射線成60o方向觀察散射X射線，求：（1）散射X射線的波長；（2）反沖電子的動能。

解（1）求散射X射線的波長由Compton公式得：（2）求反沖電子動能因為反沖電子動能應(yīng)等于光子能量的損失：1、氫原子光譜有些什么規(guī)律？如何確定氫原子光譜的波長？2、玻爾的氫原子理論的具體內(nèi)容是什么？本次課的基本內(nèi)容3、什么是氫原子的基態(tài)、激發(fā)態(tài)、電離態(tài)？4、什么叫電離能？什么叫激發(fā)能？處在不同穩(wěn)態(tài)的氫原子的能量如何確定？N.玻爾研究原子結(jié)構(gòu)，特別是研究從原子發(fā)出的輻射.1922諾貝爾物理學(xué)獎丹麥物理學(xué)家(1885-1962)14-4氫原子的玻爾理論1885年巴耳末得到氫原子可見光譜線波長的經(jīng)驗公式：n

為正整數(shù)n=3,4,5,…一、氫原子光譜的規(guī)律性HHHH6562.3?4861.3?4340.5?4101.7?(利用光柵光譜儀觀察低壓氫氣放電管發(fā)出的光得到如下譜線——線狀分立的）巴耳末公式----光譜公式其中R=4/B

里德伯常數(shù)：

R=1.096776×107m-1將上式改寫成下式波數(shù)1889年里德伯提出了一個普遍公式,即把上式中22換成其他正整數(shù)k2,就可得氫原子其他線系，即R實驗—里德伯常數(shù)

R=1.096776×107m-1n>k=1,2,3,…;

n=k+1,k+2,k+2,…(廣義巴爾末公式)k=1在紫外區(qū)賴曼系帕邢系k=3在近紅外區(qū)布喇開系k=4在紅外區(qū)

氫原子光譜其它譜的波數(shù)表示為：（1）氫原子光譜是分立的線狀光譜，各條譜線具有確定的波長；（2）每一譜線的波數(shù)可用兩個光譜項之差表示；（3）前項保持定值，后項改變，就給出同一譜線系的各條譜線的波長。(4)改變前項,就給出不同的譜線系。n>k=1,2,3,..結(jié)論:氫原子光譜規(guī)律如下：

1912年盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)：原子中的全部正電荷和極大部分質(zhì)量都集中在原子中央一個很小的體積內(nèi)，稱為原子核，原子中的電子在核的周圍繞核運動。二、經(jīng)典原子模型的困難1.盧瑟福原子模型2.經(jīng)典理論的困難

按1911年盧瑟福提出的原子的行星模型--電子繞原子核（10-12m）高速旋轉(zhuǎn)。

對此經(jīng)典物理勢必得出如下結(jié)論：原子是”短命“的+電子繞核運動是加速運動必向外輻射能量，電子軌道半徑越來越小，直到掉到原子核與正電荷中和，這個過程時間<10-10秒，因此不可能有穩(wěn)定的原子存在。不能解釋為什么原子光譜是分立的線狀光譜

電子作軌道運動，由于發(fā)射電磁波，能量逐漸減少，軌道半徑逐漸變小，發(fā)射的電磁波的波長應(yīng)連續(xù)變化的，原子光譜應(yīng)為連續(xù)譜。原子核式結(jié)構(gòu)的缺陷：為了解決上述的困難，1913年丹麥物理學(xué)家玻爾在盧瑟福的核型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，把量子化概念應(yīng)用到原子系統(tǒng)，提出三個基本假設(shè)。

無法解釋原子的穩(wěn)定性；無法解釋原子光譜的不連續(xù)性。三、玻爾的氫原子理論(1)穩(wěn)定態(tài)假設(shè)穩(wěn)定態(tài)對應(yīng)的能量E1,E2,E3…是不連續(xù)的，處在這些狀態(tài)的原子不輻射電磁波

(2)躍遷假設(shè)原子從一定態(tài)向另一定態(tài)躍遷時，就要發(fā)射（或吸收）一個頻率為光子

(3)軌道角動量量子化假設(shè)玻爾軌道量子化條件躍遷頻率條件即：電子作圓周運動時，其角動量L必須等于的整數(shù)倍。n為正整數(shù)，稱為量子數(shù)。１、玻爾理論的三條基本假設(shè)（他把量子化的概念用到原子系統(tǒng)）（1）電子軌道半徑的量子化n=1、2、3、4…...結(jié)論：電子軌道是量子化的。2.玻爾氫原子理論n=1、2、3、4…...注意：量子數(shù)為n的軌道半徑n=1的軌道r1稱為玻爾半徑。(2)能量量子化和原子能級n=1、2、3、4…結(jié)論：能量是量子化的。注意：這些分立的能量值E1E2E3…稱為能級當(dāng)n

=1時為氫原子的最低能級，稱為基態(tài)能級;n>1的各定態(tài)稱為受激態(tài);當(dāng)n→∞時，E∞=0稱電離態(tài)?；鶓B(tài)能量(n=1):激發(fā)態(tài)能量

(n>1):氫原子處于電離態(tài)時能量:

即氫原子從n=1基態(tài)躍遷到n=電離態(tài)時所需的能量為，稱為電離態(tài)

那么,氫原子從基態(tài)變成電離態(tài)時所需的能量叫做電離能.當(dāng)n=1時，稱為基態(tài)

氫原子從基態(tài)(n=1)躍遷到激發(fā)態(tài)(n>1)時所需的能量叫做激發(fā)能.-13.6-3.39-1.51-0.850481n=2n=3n=氫原子能級圖基態(tài)激發(fā)態(tài)電離態(tài)6562.794861.334340.474101.741215.681025.83972.54賴曼系巴爾末系帕邢系布喇開系連續(xù)區(qū)氫原子光譜中的不同譜線頻率條件：氫原子的能級公式：得到:實驗值和理論值符合得很好！與式比較得到：由玻爾理論討論“里德伯常數(shù)R”玻爾理論的成功與局限成功：解釋了氫原子光譜，爾后有人推廣到類氫離子（，只有一個電子繞核轉(zhuǎn)動的離子）也獲得成功。他的定態(tài)躍遷的思想至今仍是正確的。并且它是導(dǎo)致新理論的跳板。1922年獲諾貝爾獎。局限：只能求出氫原子及類氫原子光譜的頻率，對譜線的強度、寬度、偏振等一系列問題都無法處理，對于多電子系統(tǒng)的原子光譜也無法解釋清楚。原因：它是半經(jīng)典半量子理論的產(chǎn)物。

1.把電子看作是一經(jīng)典粒子，推導(dǎo)中應(yīng)用了牛頓定律，使用了軌道的概念，所以玻爾理論不是徹底的量子論。2.角動量量子化的假設(shè)以及電子在穩(wěn)定軌道上運動時不輻射電磁波的是十分生硬的。例1

試計算氫原子中巴耳末系的最短波長和最長波長各是多少？解：根據(jù)巴耳末系的波長公式可知，其最長波長應(yīng)是n=32躍遷的光子，即最短波長應(yīng)是n=2躍遷的光子，即例2（1）將一個氫原子從基態(tài)激發(fā)到n=4的激發(fā)態(tài)需要多少能量？（2）處于n=4的激發(fā)態(tài)的氫原子可發(fā)出多少條譜線？其中多少條可見光譜線?其可見光光波波長各多少？解（1）（2）在某一瞬時，一個氫原子只能發(fā)射與某一譜線相應(yīng)的一定頻率的一個光子，在一段時間內(nèi)可以發(fā)出的譜線躍遷如圖所示，共有6條譜線。由圖知，可見光的譜線為從n=4，n=3躍遷到n=2的兩條

例題3在基態(tài)氫原子被外來單色光激發(fā)后發(fā)出的巴耳末系中，僅觀察到三條譜線。試求:

(1)外來光的波長；(2)這三條譜線的波長。分析：因為基態(tài)氫原子被激發(fā)后能發(fā)出三條巴耳末系譜線，那么此基態(tài)氫原子吸收外來單色光后將躍遷到n=5的激發(fā)態(tài)。解(1)l23=1.096776×1074×99-41=6.5×10-7(m)l24=1.096776×1074×1616-41=4.86×10-7(m)l25=1.096776×1074×2525-41=4.34×10-7(m)=0.949×10-7(m)n=3,4,5

例4.試估算處于基態(tài)的氫原子被能量為E=12.09eV的光子激發(fā)時，其電子的軌道半徑為原來的多少倍？解：設(shè)電子被光子激發(fā)量子數(shù)為n態(tài)由玻爾理論：半徑：例題5

當(dāng)氫原子從某初始狀態(tài)躍遷到激發(fā)能（從基態(tài)到激發(fā)態(tài)所需的能量）為10.19eV的狀態(tài)時，發(fā)射出光子的波長為4860?，求：(1)該初始狀態(tài)的能量和主量子數(shù);(2)該初始狀態(tài)的角動量。

（05、09年）解：設(shè)某初始狀態(tài)為n態(tài)，激發(fā)態(tài)為m態(tài)（n>m）。由玻爾理論得（1）由玻爾理論得（2）：思考.已知氫光譜的某一線系的極限波長為364.7nm．其中有一譜線波長為=656.5nm.試由玻爾理論求:(1)與該波長相應(yīng)的始態(tài)和末態(tài)的能量各為多少?電子在相應(yīng)的始態(tài)和末態(tài)軌道上運動時的周期之比為多少?09年解(1)根據(jù)玻爾理論可得極限波長對應(yīng)的波數(shù)(即可求得該線系的終態(tài))(該線系為巴爾末系)同理有:于是便得:

(2)

電子在其軌道上運動時周期為:14-5光的自發(fā)輻射受激輻射、光放大一、原子的自發(fā)幅射

光與原子體系相互作用，同時存在吸收、自發(fā)輻射和受激輻射三種過程。

在沒有任何外界作用下，激發(fā)態(tài)原子自發(fā)地從高能級E2向低能級E1躍遷，同時輻射出一光子。滿足條件：h=E2-E1n2——t時刻處于能級E2上的原子數(shù)密度—單位時間內(nèi)從高能級E2自發(fā)躍遷到低能級E1的原子數(shù)密度A21——自發(fā)輻射概率（自發(fā)躍遷率）：表示一個原子在單位時間內(nèi)從E2自發(fā)輻射到E1的概率

自發(fā)輻射過程中各個原子輻射出的光子的相位、偏振狀態(tài)、傳播方向等彼此獨立，因而自發(fā)輻射的光是非相干光。

這是一隨機過程。處在高能級的是哪一個原子、何時向低能級躍遷都具有偶然性，因此常用概率來描述。（1）受激吸收（共振吸收,光的吸收）

處在低能級E1的原子受到能量等于h的光子的照射時，吸收這一光子后從低能級E1躍遷到高能級E2的過程——受激吸收。二、原子的受激輻射和受激吸收E2E1入射光強比例系數(shù)受激吸收系數(shù)受激吸收躍遷概率

n1

——

t時刻處于能級E1上的原子密度為——單位時間內(nèi)吸收光子后從低能級E1躍遷到高能級E2的原子數(shù)密度（2）受激輻射

處在高能級E2的原子，受到能量為h=E2-E1的外來光子的激勵，由高能級E2受激躍遷到低能級E1同時輻射出一個與激勵光子全同(即頻率、相位、偏振狀態(tài)、傳播方向等均同)的光子。E2E1hE2E1hh受激輻射過程

這也是一隨機過程。因此也要用概率來描述。激勵光強比例系數(shù)受激輻射系數(shù)（由原子本身性質(zhì)決定）受激輻射躍遷概率——單位時間內(nèi)從高能級E2受激躍遷到低能級E1的原子數(shù)密度W21——表示一個原子在單位時間內(nèi)從E2受激輻射躍遷到E1的概率（3）受激輻射光放大

實驗證明，受激吸收概率與受激輻射概率是相等的。在通常情況下，低能級原子總數(shù)是多余高能級原子總數(shù)的，因此，物質(zhì)總是表現(xiàn)為受激吸收。但如果能使高能級原子總數(shù)大于低能級原子總數(shù)，就能使受激輻射占優(yōu)勢。受激輻射的光放大

就這樣一個光子入射原子系統(tǒng)后變?yōu)閮蓚€完全相同的光子…..從而產(chǎn)生一連串全同光子雪崩式的輻射形成光放大。這種光放大是激光產(chǎn)生的基本機制。14-6*

激光器原理

（LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation）激光Laser——受激輻射光放大激光以其特殊的發(fā)光機制與激光器機構(gòu)而具有普通光源無法比似的優(yōu)點。與激光發(fā)射有關(guān)的輻射包括。吸收、自發(fā)輻射和受激輻射三種基本過程。

愛因斯坦的受激輻射理論為六十年代初實驗上獲得激光奠定了理論基礎(chǔ)。沒有實驗家,理論家就會迷失方向。沒有理論家,實驗家就會遲疑不決。一、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布激光是受激幅射的光，但還存在自發(fā)幅射和吸收，要使受激輻射超過吸收和自發(fā)輻射才能實現(xiàn)光放大根據(jù)玻爾茲曼能量分布律

熱動平衡下，N2<<N1，即處于高能級的原子數(shù)大大少于低能級的原子數(shù)——粒子數(shù)的正常分布要使受激輻射占支配地位粒子數(shù)反轉(zhuǎn)高能級上的粒子數(shù)超過