第二部分光與物質(zhì)作用演示文稿

第二部分光與物質(zhì)作用演示文稿目前一頁\總數(shù)十頁\編于十七點(diǎn)（優(yōu)選）第二部分光與物質(zhì)作用目前二頁\總數(shù)十頁\編于十七點(diǎn)激光的基本原理及特性（3）、絕對(duì)黑體輻射出射度分布曲線的峰值定律實(shí)驗(yàn)表明，絕對(duì)黑體輻射出射度的峰值Me,B(m,T)與絕對(duì)溫度的5次方成正比，即

Me,B(m,T)＝C’T5

式中C’=1.301X10-15W.cm-2.m

-1.K-5

以上三個(gè)定律分別表示了絕對(duì)黑體總輻射出射度(分布曲線下的面積)、峰值波

長、峰值波長對(duì)應(yīng)的輻射出射度峰值與絕對(duì)溫度的關(guān)系。3、維恩公式和瑞利－金斯公式（1）、維恩公式

Me,B(,T)＝(c2/5)e-(c/T)

據(jù)此公式繪出的曲線與實(shí)驗(yàn)曲線在高頻端符合較好，低頻端產(chǎn)生偏離。（2）、瑞利－金斯公式

Me,B(,T)＝(2c/4)kT

據(jù)此公式繪出的曲線與實(shí)驗(yàn)曲線在長波段符合較好，但在短波段誤差很大。第二部分光與物質(zhì)的相互作用目前三頁\總數(shù)十頁\編于十七點(diǎn)激光的基本原理及特性4、普朗克公式

1900年普朗克作了一次大膽的嘗試。他假設(shè)，黑體出射度的能量不是連續(xù)的，而是一份一份的。他第一個(gè)提出了能量子假設(shè)，開創(chuàng)了近代物理的新紀(jì)元。普朗克黑體輻射的能量密度公式：(,T)＝(8h3/c3)[1/(e(h/kT)-1)]及黑體輻射的單色輻射出射度公式：Me,B(,T)＝2hc2-5[1/(e(hc/kT)-1)]式中k是波耳茲曼常數(shù)，h是普朗克常數(shù)。它們的數(shù)值為:k=1.381x10-23J/K;h=6.626x10-34J.s在短波部分，由于h>>kT,則e(h/kT)>>1,普朗克公式變?yōu)榫S恩公式；在長波部分，h<<kT,則e(h/kT)1+(h/kT),普朗克公式則過渡到瑞利－金斯公式。普朗克公式正確地反映了黑體輻射規(guī)律。三個(gè)公式的關(guān)系如圖所示。有關(guān)黑體的輻射出射度的三個(gè)公式的比較第二部分光與物質(zhì)的相互作用目前四頁\總數(shù)十頁\編于十七點(diǎn)激光的基本原理及特性（二）、自發(fā)輻射、受激吸收和受激輻射躍遷：組成物質(zhì)的微觀粒子（原子、分子和離子）從一種能量狀態(tài)變到另一能量狀態(tài)。無輻射躍遷：躍遷過程沒有吸收和輻射光子。輻射躍遷：原子能級(jí)的變化是通過吸收和發(fā)射光而實(shí)現(xiàn)的。這種躍遷可分為三種過程：自發(fā)輻射、受激吸收和受激發(fā)射。1、自發(fā)輻射自發(fā)輻射躍遷幾率A21：

在單位時(shí)間內(nèi)，E2能級(jí)上n2個(gè)粒子數(shù)中發(fā)生自發(fā)躍遷的粒子數(shù)與n2的比值?？紤]二能級(jí)情況：E1和E2，則在dt時(shí)間內(nèi)，由高能級(jí)E2自發(fā)輻射躍遷到低能級(jí)E1的粒子數(shù)計(jì)為dn2，則A21可表示為A21＝

(dn21/dt)自發(fā)(1/n2)自發(fā)躍遷是一個(gè)只與原子特性有關(guān)而與外界激勵(lì)無關(guān)的過程，即A21只由原子本身性質(zhì)決定。1、原子自發(fā)輻射2、原子受激吸收3、原子受激輻射E2E2E2E2E2E2E1E1E1E1E1E1入射光入射光自發(fā)輻射原子受激吸收受激輻射光入射光h=E2－E1h=E2－E1第二部分光與物質(zhì)的相互作用目前五頁\總數(shù)十頁\編于十七點(diǎn)激光的基本原理及特性假設(shè)E2能級(jí)只向E1能級(jí)躍遷，則可得到：n2(t)=n02e-A21t=n20e-(t/)自發(fā)躍遷過程使得高能級(jí)上的原子以指數(shù)規(guī)律衰減。式中n20為t=0時(shí)刻E2能級(jí)上的粒子數(shù)，=(1/A21)稱為粒子在E2能級(jí)上的平均壽命。自發(fā)輻射功率：I(t)=h[dn21(t)/dt]=hA21n20(t)=hA21n20e-A21t=I0e-A21t

自發(fā)輻射強(qiáng)度在外界激勵(lì)停止后，是以指數(shù)規(guī)律衰減的。

自發(fā)輻射所發(fā)出的光稱為熒光。第二部分光與物質(zhì)的相互作用目前六頁\總數(shù)十頁\編于十七點(diǎn)激光的基本原理及特性2、受激吸收

當(dāng)外來輻射場作用于物質(zhì)時(shí)，假定輻射場中包含有頻率為

＝[(E2－E1)/h]的電磁波(即有能量等于=h=E2－E1的光子)，使在低能級(jí)E1的粒子收到光子激發(fā)，可以躍遷到高能級(jí)E2去，這個(gè)過程稱為受激吸收。在單位體積中，從能級(jí)E1躍遷到能級(jí)E2的粒子數(shù)dn12

為：

dn12=B12()n1dtB12

愛因斯坦受激吸收系數(shù)，是一個(gè)原子能級(jí)系統(tǒng)的特征參數(shù)。

受激吸收躍遷幾率：

W12=(dn12/dt)(1/n1)W12的物理意義是在單位時(shí)間內(nèi)，在單色輻射能量密度()的光照射下，由于受激吸收而從能級(jí)E1躍遷到能級(jí)E2上的粒子數(shù)與能級(jí)E1上總粒子數(shù)之比，即每一個(gè)處于低能級(jí)E1的粒子數(shù)，在()的光照下，在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生受激吸收的幾率。

受激吸收過程是一個(gè)即與原子性質(zhì)有關(guān)，也與外來輻射場的()有關(guān)的過程。

這種關(guān)系可以唯象地表示為：

W12=B12()

即受激吸收愛因斯坦系數(shù)只與原子性質(zhì)有關(guān)。第二部分光與物質(zhì)的相互作用目前七頁\總數(shù)十頁\編于十七點(diǎn)激光的基本原理及特性3、受激輻射當(dāng)外來輻射場照射物質(zhì)而粒子已經(jīng)處于高能級(jí)E2上時(shí)，會(huì)發(fā)生受激輻射過程。如果外來光的頻率為

＝(E2－E1)/h，由于受到入射光子的激發(fā)，E2能級(jí)上的粒子將會(huì)躍遷而回到E1能級(jí)上去，同時(shí)又放射出一個(gè)光子來，這個(gè)光子的頻率、振動(dòng)方向、相位都與外來光子一致。在單位體積中，從能級(jí)E2躍遷到能級(jí)E1的粒子數(shù)dn21

為：

dn21=B21()n2dt

受激輻射躍遷幾率：

W21＝(dn21/dt)(1/n2)W21=B21()

B21

愛因斯坦受激輻射躍遷系數(shù)，是一個(gè)原子能級(jí)系統(tǒng)的特征參數(shù)。第二部分光與物質(zhì)的相互作用目前八頁\總數(shù)十頁\編于十七點(diǎn)激光的基本原理及特性4、A21、B12和B21的關(guān)系

在一個(gè)溫度為T的空腔中,輻射場與物質(zhì)相互作用達(dá)到熱平衡時(shí),三種輻射同時(shí)存在，這種熱平衡狀態(tài)的標(biāo)志是：（1）、腔內(nèi)存在著熱平衡黑體輻射：（2）、腔內(nèi)物質(zhì)原子數(shù)按能級(jí)分布服從熱平衡狀態(tài)下的波耳茲曼分布：式中f2

和f1

分別為能級(jí)E2

和E1

的統(tǒng)計(jì)權(quán)重。（3）、在熱平衡狀態(tài)下，n2(或n1)應(yīng)保持不變：--=KTEEffnn121

212exp或第二部分光與物質(zhì)的相互作用目前九頁\總數(shù)十頁\編于十七點(diǎn)激光的基本原理及特性2211123321218fBfBhnchBA=n=np=nf1=f2愛因斯坦關(guān)系5、受激輻射的相干性受激輻射和自發(fā)輻射的異同：共同點(diǎn)：發(fā)射光子E2

－E1E＝hn

n=E2

－E1h

不同點(diǎn)：起因