激光原理輻射理論概要與激光產(chǎn)生的條件

《激光原理與技術(shù)》是為光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，在教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃中被列為核心必修課程。激光原理與技術(shù)是光學(xué)的一個(gè)重要分支，在現(xiàn)代信息科學(xué)特別是光電信息科學(xué)中占有重要地位，具有較強(qiáng)的理論性、前沿性和探討性。激光的產(chǎn)生具有劃時(shí)代的意義，無(wú)論在科學(xué)發(fā)展還是技術(shù)應(yīng)用上都有廣闊的應(yīng)用前景。為什么學(xué)習(xí)《激光原理與技術(shù)》？緒論當(dāng)前第1頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)知識(shí)激光器的基本原理和理論方法掌握激光技術(shù)的基本方法技能培養(yǎng)理論思維能力培養(yǎng)分析問(wèn)題能力培養(yǎng)基本科研實(shí)踐能力學(xué)習(xí)《激光原理與技術(shù)》的目標(biāo)當(dāng)前第2頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)《激光原理與技術(shù)》課程的對(duì)象是光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的大三學(xué)生，學(xué)習(xí)本課程之前，要先修高等數(shù)學(xué)、數(shù)理方法、大學(xué)物理、電磁理論、量子力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理學(xué)等一些基礎(chǔ)課程，學(xué)習(xí)本課程之后，可以為本專業(yè)的后續(xù)課程：光電子檢測(cè)技術(shù)、光通信技術(shù)和光信息綜合實(shí)驗(yàn)等課程打下基礎(chǔ)。《激光原理與技術(shù)》與其他課程的關(guān)聯(lián)當(dāng)前第3頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)課程作業(yè)與考核評(píng)價(jià)的說(shuō)明

本課程的每一章將布置2-3次作業(yè)，提交形式為網(wǎng)上提交或課堂提交，以基本概念和原理的理解為主要內(nèi)容。本課程總評(píng)成績(jī)由期中、期末考試、平時(shí)作業(yè)和考勤成績(jī)構(gòu)成，采用百分制。1.期末考試成績(jī)占總評(píng)成績(jī)的70%，2.期中考試成績(jī)占總評(píng)成績(jī)的20％，3.平時(shí)作業(yè)和考勤成績(jī)占總評(píng)成績(jī)的10%。當(dāng)前第4頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)本課程的教改項(xiàng)目2005.6，2004-2005《激光原理與技術(shù)》校本科課程“優(yōu)質(zhì)教學(xué)和教案”建設(shè)項(xiàng)目2010.4，福建師范大學(xué)2010年度省級(jí)精品課程項(xiàng)目當(dāng)前第5頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)關(guān)于教材與學(xué)習(xí)參考書的建議

中文參考書的建議：陳鈺清和王靜環(huán)，（新世紀(jì)高等院校精品教材）《激光原理》，浙江大學(xué)出版社2004年1月第八次印刷出版周炳琨等，《激光原理》

第四版，國(guó)防工業(yè)出版社，2000沈柯，《激光原理教程》

北京工業(yè)出版社，1986鄒英華等，激光物理學(xué)，北京大學(xué)出版社，1991

伍長(zhǎng)征等，激光物理學(xué)，復(fù)旦大學(xué)出版社，1989當(dāng)前第6頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)關(guān)于教材與學(xué)習(xí)參考書的建議

英文參考書的建議：ChristopherC.Davis.《LasersandElectro-Optics》(激光與電光學(xué)).1996,CambridgeUniversityPress.(1998授權(quán)世界圖書出版公司北京分公司獨(dú)家重印發(fā)行)J.WilsonandJ.F.B.Hawkes.《LasersPrinciplesandApplications》.1987,PrenticeHallInternationalLimited

當(dāng)前第7頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)主要學(xué)習(xí)內(nèi)容(共48學(xué)時(shí))第一部分

激光的物理基礎(chǔ)（第1章）第二部分

激光器的工作原理和輸出特性（第2、3章）第三部分

激光的基本技術(shù)和典型激光器介紹（第4、5章）第四部分

激光的應(yīng)用（第8章）當(dāng)前第8頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)激光的發(fā)展簡(jiǎn)史激光器的類型激光的應(yīng)用激光的傷害緒論當(dāng)前第9頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)緒論1：激光的發(fā)展簡(jiǎn)史1917年著名的物理學(xué)家愛因斯坦在研究光輻射與原子相互作用的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，除了受激吸收和自發(fā)輻射躍遷過(guò)程外，還存在受激輻射躍遷過(guò)程。“受激輻射”概念的提出奠定了激光的理論基礎(chǔ)。LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiationLaser利用受激輻射實(shí)現(xiàn)光放大當(dāng)前第10頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)湯斯，巴索夫，普羅霍羅夫獲1964年Nobel獎(jiǎng)1954年，湯斯、巴索夫、普羅霍羅夫分別獨(dú)立發(fā)明了一種微波波段的受激輻射放大器（MASER）

——尺度和波長(zhǎng)可比擬的封閉諧振腔。湯斯巴索夫普羅霍羅夫當(dāng)前第11頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)1958年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的湯斯和肖洛提出了利用尺度遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)的開放式光諧振腔，實(shí)現(xiàn)了激光器的新思想同年，布洛姆伯根提出了利用光泵浦三能級(jí)原子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的新構(gòu)想。肖洛布洛姆伯根肖洛和布洛姆伯根獲得了1981年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)！當(dāng)前第12頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)1961年8月，中國(guó)第一臺(tái)紅寶石激光器問(wèn)世。中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械研究所研制成功。1960年美國(guó)科學(xué)家梅曼發(fā)明了世界上第一臺(tái)紅寶石固態(tài)激光器（波長(zhǎng)為694.3nm），標(biāo)志了激光技術(shù)的誕生。1927-20071961年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的Javan等發(fā)明了世界上第一臺(tái)He-Ne激光器。1965年，第一臺(tái)可產(chǎn)生大功率激光的器件CO2激光器誕生。當(dāng)前第13頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)1967年，第一臺(tái)Ｘ射線激光器研制成功。1987年6月，1012W的大功率脈沖激光系統(tǒng)－神光裝置，在中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所研制成功。

（課后自己查資料了解神光裝置！）1997年，美國(guó)麻省理工學(xué)院的研究人員研制出第一臺(tái)原子激光器。半導(dǎo)體激光器、光纖激光器、納米激光器…當(dāng)前第14頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)我國(guó)激光器研究情況激光器的第一臺(tái)研制成功時(shí)間研制人紅寶石激光器（我國(guó)第一臺(tái))1961年11月鄧錫銘、王之江He-Ne激光器1963年7月鄧錫銘等摻釹玻璃激光器1963年6月干福熹GaAs同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器1963年12月王守武CO2分子激光器1965年9月王潤(rùn)文等當(dāng)前第15頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)緒論2：激光器的分類按照不同的分類原則，激光器可做如下分類：激活介質(zhì)的形態(tài)分類：

固體、氣體、液體（染料）、半導(dǎo)體、等離子體等；

激光器激射波長(zhǎng)的范圍：

可見光譜、紅外光譜、X射線等；激勵(lì)方式：

光激勵(lì)、電激勵(lì)、熱激勵(lì)、化學(xué)激勵(lì)；激光器工作的能級(jí)系統(tǒng)：

三能級(jí)、四能級(jí)當(dāng)前第16頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)緒論3：激光的應(yīng)用激光與普通光源相比較有三個(gè)特點(diǎn)：

方向性好、相干性好、亮度高激光的發(fā)明,影響了人類生活的方方面面,小到納米技術(shù)、大到宇宙空間研究,幾乎所有的科學(xué)進(jìn)步都直接或間接地得益于激光技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)前第17頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)科學(xué)研究工業(yè)生產(chǎn)生物醫(yī)學(xué)信息技術(shù)國(guó)防軍事農(nóng)業(yè)激光當(dāng)前第18頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)3.1激光在國(guó)防軍事中的應(yīng)用－激光武器激光熱武器激光制導(dǎo)炸彈類型殺傷機(jī)理：燒蝕效應(yīng)；激波效應(yīng)；輻射效應(yīng)優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需進(jìn)行彈道計(jì)算;無(wú)后座;操作簡(jiǎn)便，機(jī)動(dòng)靈活，使用范圍廣;無(wú)放射性污染，效費(fèi)比高.當(dāng)前第19頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)激光制導(dǎo)炸彈“寶石路”ⅡGBU-10907公斤炸彈美制GBU-28激光制導(dǎo)炸彈加掛在戰(zhàn)機(jī)機(jī)腹下當(dāng)前第20頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)激光槍當(dāng)前第21頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)激光炮前端新裝備激光發(fā)射炮塔的波音747當(dāng)前第22頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)機(jī)載激光武器波音公司的747-400“激光戰(zhàn)機(jī)”已進(jìn)入驗(yàn)證階段“激光戰(zhàn)機(jī)”的球狀機(jī)頭里裝著大功率激光器當(dāng)前第23頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)3.2激光在工業(yè)生產(chǎn)加工中的應(yīng)用激光測(cè)量激光表面改性技術(shù)激光打孔、切割激光焊接激光快速成型激光強(qiáng)化激光清洗、彎曲……當(dāng)前第24頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)激光打孔裝置小孔樣品電子元件、醫(yī)療設(shè)備、傳感器、計(jì)算機(jī)、航空電子等設(shè)備的制造商需要一些零件，它們具有微型尺寸，復(fù)雜的外形和小孔形狀。紡織工業(yè)使用的噴絲頭和火車柴油機(jī)的噴油嘴就是這樣的例子，這兩個(gè)實(shí)例都是金屬零件，在上面鉆了精細(xì)的小孔。這些典型的小孔尺寸為50-100μm，小孔深度達(dá)2mm。激光打孔當(dāng)前第25頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)激光測(cè)量當(dāng)前第26頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)Meta公司激光焊縫系統(tǒng)激光焊接當(dāng)前第27頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)3.3激光在信息技術(shù)中的應(yīng)用光纖通訊激光全息三維顯示激光存儲(chǔ)技術(shù)激光掃描和激光打印……當(dāng)前第28頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)激光用于通訊光通信用的激光器差不多全部是半導(dǎo)體激光器，只有少量的CATV系統(tǒng)采用1310納米或1550納米LD泵浦固體激光器。通信用的激光器主要有兩類：光纖放大器用的泵浦光源和發(fā)射機(jī)用的信號(hào)光源。應(yīng)用于自由空間光通信（FSO）的激光器有850nm和1550nm兩種當(dāng)前第29頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)激光存儲(chǔ)利用激光干涉原理將圖文等信息記錄在感光介質(zhì)上的大容量信息存儲(chǔ)技術(shù)通過(guò)將縮微膠片上的影像轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑畔?，然后制出存?chǔ)密度更大的全息圖全息圖是由干涉條紋組成的影像，該條紋記錄了入射光線的全部信息—振幅和相位閱讀還原時(shí)，需在激光照射下利用條紋影像的衍射原理使其再現(xiàn)。優(yōu)點(diǎn)：信息存儲(chǔ)容量大－可達(dá)1Tb/cm3；記錄速度快；記錄信息不易丟失－壽命可達(dá)數(shù)百年；便于長(zhǎng)期保存－每一碎片都包含完整信息便于拷貝、復(fù)制。當(dāng)前第30頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)全息照相－全息再現(xiàn)用于藝術(shù)創(chuàng)作多路合成角度全息用于藝術(shù)品展示當(dāng)前第31頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)上海世博中國(guó)館清明上河圖當(dāng)前第32頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)激光全息防偽當(dāng)前第33頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)激光背投電視采用二極管泵浦的固體激光器，倍頻輸出紅綠藍(lán)三基色的激光全色顯示具有色彩十分豐富多彩，亮度高、清晰度高等優(yōu)點(diǎn)預(yù)計(jì)未來(lái)10年內(nèi)在計(jì)算機(jī)投影儀、大屏幕高清晰顯示和數(shù)字電視方面得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)前第34頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)3.4激光在科學(xué)研究中的應(yīng)用激光核聚變激光冷卻：激光冷凍原子與原子鐘激光操縱微粒激光誘導(dǎo)化學(xué)過(guò)程激光光譜學(xué)……當(dāng)前第35頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)3.5激光在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用光凝固（Photocoagulation）光消融（Photoablation）生物刺激（Biostimulation）激光碎石（Laser

lithotripy）診療腫瘤（Destroying

tumor）醫(yī)學(xué)成像……已廣泛應(yīng)用于心血管、腫瘤、眼科、皮膚科、中醫(yī)治療學(xué)、細(xì)胞手術(shù)系統(tǒng)等。醫(yī)學(xué)治療醫(yī)學(xué)診斷當(dāng)前第36頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)醫(yī)學(xué)光電科學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的激光器飛秒激光多光子熒光顯微成像實(shí)驗(yàn)室當(dāng)前第37頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)醫(yī)用外科激光實(shí)驗(yàn)室當(dāng)前第38頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)

超脈沖CO2激光治療系統(tǒng)（以色列，10.6μm,30w）醫(yī)用外科激光實(shí)驗(yàn)室當(dāng)前第39頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)脈沖Ho:YAG激光治療儀（德國(guó),0.8μm,3J,20Hz,光纖輸出）醫(yī)用外科激光實(shí)驗(yàn)室當(dāng)前第40頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)

脈沖Er:YAG激光治療儀（美國(guó),2.94μm,30w,2J,七關(guān)節(jié)輸出）醫(yī)用外科激光實(shí)驗(yàn)室當(dāng)前第41頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)

Nd:YAG激光治療儀（1341nm,100w,光纖輸出，偏振光）醫(yī)用外科激光實(shí)驗(yàn)室當(dāng)前第42頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)IPLQueenPremium以色列設(shè)備，國(guó)內(nèi)組裝波長(zhǎng)560～1200nm能量密度10～45J/cm2脈寬300ms強(qiáng)脈沖光源/光子嫩膚實(shí)驗(yàn)室當(dāng)前第43頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)激光波長(zhǎng)為670±5nm，功率連續(xù)可調(diào)，最大光纖末端輸出功率2瓦。醫(yī)用半導(dǎo)體激光實(shí)驗(yàn)室當(dāng)前第44頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)激光與白光的區(qū)別緒論4：激光的危害當(dāng)前第45頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)激光的特性使得它比普通光更危險(xiǎn)，它在一個(gè)小區(qū)域內(nèi)能聚集很多能量。當(dāng)前第46頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)ControlMeasuresandPersonalProtectiveEquipment必須戴防護(hù)眼鏡Mustwearprotectivegoggles當(dāng)前第47頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)當(dāng)前第48頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)Caution,laser

!當(dāng)前第49頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)第一章輻射理論概要與激光產(chǎn)生條件§1.1光的波粒二象性§1.2原子能級(jí)和輻射躍遷§1.3受激輻射§1.4光譜線增寬§1.5激光形成條件當(dāng)前第50頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)§1.1光的波粒二象性人類對(duì)光的認(rèn)識(shí)過(guò)程：牛頓微粒說(shuō)惠更斯菲捏耳的波動(dòng)說(shuō)愛因斯坦的光子說(shuō)光的波粒二象性粒子性：光與物質(zhì)相互作用具有能量、動(dòng)量、運(yùn)動(dòng)質(zhì)量光波光子

波動(dòng)性：傳播過(guò)程具有頻率、波長(zhǎng)、偏振當(dāng)前第51頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)光與大多數(shù)探測(cè)器作用時(shí)，主要是電矢量起作用，故把電矢量稱作光矢量光波是電磁波振動(dòng)的電場(chǎng)；振動(dòng)的磁場(chǎng)l1.1.1光波光波是橫波，有偏振方向，激光本質(zhì)上講是偏振光---偏振方向有時(shí)隨時(shí)間變化當(dāng)前第52頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)(2)自然光z傳播方向Ex(1)線偏振光ExyEy1線偏振光2光速、頻率和波長(zhǎng)三者的關(guān)系電磁波譜當(dāng)前第53頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)(1)波長(zhǎng):振動(dòng)狀態(tài)在經(jīng)歷一個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)向前傳播的距離。(2)光速：(3)頻率：光矢量每秒鐘振動(dòng)的次數(shù)（在真空中)

(4)三者的關(guān)系：各種介質(zhì)中傳播時(shí)，保持其原有頻率不變，而速度各不相同當(dāng)前第54頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)自然界中所有材料的折射率均大于1，各種氣體的折射率近似等于1；負(fù)折射率材料：當(dāng)介電常數(shù)<0，磁導(dǎo)率<0時(shí)，折射率n=-()1/2，小于零（人造材料，2000年后）3單色平面波(1)平面波波陣面或等相位面：光波相位相同的空間各點(diǎn)所連成的面平面波：波陣面是平面當(dāng)前第55頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)(2)單色平面波：具有單一頻率的平面波準(zhǔn)單色波：實(shí)際上不存在完全單色的光波，總有一定的頻率寬度，如稱為準(zhǔn)單色波。實(shí)際生活中無(wú)窮遠(yuǎn)處傳來(lái)的光，透鏡前焦點(diǎn)上光源通過(guò)透鏡形成的光束可以看成平面波理想的單色平面波單色平面波的表示---行波方程當(dāng)前第56頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)（3）單色平面波的復(fù)數(shù)表示復(fù)振幅:代表振幅在空間的分布，輻角(-kz)代表位相在空間的分布

光強(qiáng)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于光傳播方向單位面積的光波能量。光強(qiáng)與光矢量大小的平方成正比，即當(dāng)前第57頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)球面簡(jiǎn)諧波方程：球面波的復(fù)數(shù)表示法：（4）球面波及其復(fù)數(shù)表示法波陣面為一系列同心圓的波是球面波當(dāng)前第58頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)1.1.2光子光子的動(dòng)量在真空中一個(gè)光子的能量式中h是普朗克常數(shù)，h=6.63×10-34J?s。光子的具有運(yùn)動(dòng)質(zhì)量光的頻率越高，光子能量就越大！當(dāng)前第59頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)§1.2原子能級(jí)和輻射躍遷為了說(shuō)明原子能級(jí)間的輻射躍遷，需要復(fù)習(xí)原子能級(jí)的概念；為了知道在不同的能級(jí)上原子的數(shù)量，需要了解簡(jiǎn)并度的概念。當(dāng)前第60頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)1.2.1原子的能級(jí)和簡(jiǎn)并度物質(zhì)是由原子、分子或離子組成，而原子有帶正電的原子核及繞核運(yùn)動(dòng)的電子組成；電子一方面繞核做軌道運(yùn)動(dòng)，一方面本身做自旋運(yùn)動(dòng)。+e-e-e原子核電子角動(dòng)量L=r×p當(dāng)前第61頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)主量子數(shù)n，n＝1，2，3，…大體上決定原子中電子的能量值．不同的主量子數(shù)表示電子在不同的殼層上運(yùn)動(dòng);輔量子數(shù)l,l=0,1,2,…,(n-1)，它表征電子有不同的軌道角動(dòng)量，這也同電子的能量有關(guān)。對(duì)l=0,1,2,3等的電子順次用s,p,d,f字母表示;磁量子數(shù)m=0，±1，±2，…±l.

決定軌道角動(dòng)量在外磁場(chǎng)方向的分量;自旋量子數(shù)ms=±1/2，代表電子自旋方向的取向，也代表電子自旋角動(dòng)量在外磁場(chǎng)方向的分量;原子中電子的狀態(tài)由下列四個(gè)量子數(shù)來(lái)確定：當(dāng)前第62頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)電子具有的量子數(shù)不同，表示有不同的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（電子態(tài)）電子的能級(jí)，依次用E0，E1，E2，…En表示；基態(tài)：原子處于最低的能級(jí)狀態(tài)；激發(fā)態(tài)：能量高于基態(tài)的其它能級(jí)狀態(tài)；E0基態(tài)E1E2En激發(fā)態(tài)電子（或原子系統(tǒng)）的能級(jí)當(dāng)前第63頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)簡(jiǎn)并能級(jí)：能級(jí)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；簡(jiǎn)并度：同一能級(jí)所對(duì)應(yīng)的不同電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)目。氫原子1s,2p態(tài)的簡(jiǎn)并度原子狀態(tài)nlms簡(jiǎn)并度1s100±1/222p2110-1±1/2±1/2±1/26sssPPd簡(jiǎn)并能級(jí)、簡(jiǎn)并度當(dāng)前第64頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)1.2.2波爾茲曼分布現(xiàn)考慮由n0個(gè)相同原子(分子或離子)組成的系統(tǒng)，在熱平衡條件下，原子數(shù)按能級(jí)分布服從波爾茲曼定律：式中g(shù)i為Ei的簡(jiǎn)并度；k為波爾茲曼常數(shù)；T為熱平衡時(shí)的絕對(duì)溫度；

ni表示處在Ei能級(jí)的原子數(shù)分別處于Em和En能級(jí)上的原子數(shù)nm和nn必然滿足下一關(guān)系熱平衡條件下，處在高能級(jí)狀態(tài)的粒子數(shù)總是小于處在低能級(jí)狀態(tài)的粒子數(shù)當(dāng)前第65頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)1.2.3輻射躍遷和非輻射躍遷高能級(jí)的原子總是傾向于過(guò)度到低能級(jí)狀態(tài)以便更加穩(wěn)定輻射躍遷：發(fā)射或吸收光子從而使原子造成能級(jí)間躍遷的現(xiàn)象。非輻射躍遷：原子在不同能級(jí)躍遷時(shí)并不伴隨光子的發(fā)射和吸收，而是把多余的能量傳給了別的原子或吸收別的原子傳給它的能量。發(fā)射吸收當(dāng)前第66頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)§1.3光的受激輻射光與物質(zhì)相互作用中的受激輻射過(guò)程是激光器的物理基礎(chǔ)。1900年普郎克用輻射量子化假設(shè)解釋了黑體輻射分布規(guī)律1917年愛因斯坦從光量子概念出發(fā)，重新推導(dǎo)了黑體輻射的普郎克公式，提出兩個(gè)重要概念：受激輻射和自發(fā)輻射。當(dāng)前第67頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)黑體（又稱絕對(duì)黑體）：對(duì)投射到該物面上的各種波長(zhǎng)的能量100％地吸收。（自然界不存在絕對(duì)黑體）

空腔輻射體是一個(gè)比較理想的絕對(duì)黑體。

平衡的黑體熱輻射：輻射過(guò)程中，形成穩(wěn)定的輻射場(chǎng)，始終保持溫度T不變。1.3.1黑體熱輻射

熱輻射或溫度輻射：物體吸收電磁輻射外，還會(huì)發(fā)出電磁輻射?？涨惠椛潴w當(dāng)前第68頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)

在量子假設(shè)的基礎(chǔ)上，由量子統(tǒng)計(jì)理論得到真空中rn與溫度T及頻率n的關(guān)系，即為普朗克黑體輻射的單色輻射能量密度公式式中k為波爾茲曼常數(shù)?？傒椛淠芰棵芏?輻射場(chǎng)用單色輻射能量密度

來(lái)描述；單色輻射能量密度

定義：輻射場(chǎng)中單位體積內(nèi)，頻率在

附近的單位頻率間隔中的輻射能量。式中為輻射能當(dāng)前第69頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)

1000K2000K3000K4000K012345n(1014Hz)黑體輻射曲線不同溫度下黑體輻射的單色能量密度對(duì)頻率的曲線當(dāng)前第70頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)任何粒子的輻射光和吸收光的過(guò)程都是原子能級(jí)之間的躍遷過(guò)程光與物質(zhì)的相互作用有三種不同的基本過(guò)程：自發(fā)輻射受激輻射受激吸收這三種過(guò)程總是同時(shí)存在，緊密聯(lián)系。只討論與產(chǎn)生激光有關(guān)的原子的兩個(gè)能級(jí)E2和E1.之間的躍遷，不影響其普遍規(guī)律性1.3.2光與物質(zhì)的作用當(dāng)前第71頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)1.自發(fā)輻射自發(fā)輻射：高能級(jí)的原子自發(fā)地從高能級(jí)E2向低能級(jí)E1躍遷，同時(shí)放出能量為的光子自發(fā)輻射的特點(diǎn)：頻率雖相同，但沒(méi)有固定的相位關(guān)系，偏振方向不同，傳播方向也不同。——非相干光圖（1-6）自發(fā)輻射當(dāng)前第72頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)對(duì)于大量原子統(tǒng)計(jì)平均來(lái)說(shuō)，從E2經(jīng)自發(fā)輻射躍遷到E1的原子數(shù)有式中n2為某時(shí)刻高能級(jí)E2上的原子數(shù)密度，dn2表示在dt時(shí)間間隔內(nèi)由E2自發(fā)躍遷到E1的原子數(shù)，“－”表示E2能級(jí)的粒子數(shù)密度是減少。A21稱為愛因斯坦自發(fā)輻射系數(shù)，簡(jiǎn)稱自發(fā)輻射系數(shù)，它是粒子能級(jí)系統(tǒng)的特征參量。當(dāng)前第73頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)愛因斯坦自發(fā)輻射系數(shù)可表示為物理意義是：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，發(fā)生自發(fā)輻射的粒子數(shù)密度占處于E2能級(jí)總粒子數(shù)密度的百分比。（也稱自發(fā)輻射幾率）解該方程得

式中n20為t=0時(shí)處于能級(jí)E2的原子數(shù)密度當(dāng)前第74頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)自發(fā)輻射平均壽命：全部原子完成自發(fā)輻射所需時(shí)間之和對(duì)原子數(shù)的平均。等于原子數(shù)密度由起始值降到1/e所用的時(shí)間，用表示例如：紅寶石晶體中，鉻離子激光上下能級(jí)間自發(fā)輻射系數(shù)A21為102s-1量級(jí)，表示它的平均壽命約為10-2s。當(dāng)前第75頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)激發(fā)態(tài)En的自發(fā)輻射平均壽命為：式中Anm為高能級(jí)En躍遷到Em的躍遷幾率自發(fā)輻射的光功率密度（W/m3）：當(dāng)前第76頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)2受激輻射受激輻射：當(dāng)受到外來(lái)的能量的光照射時(shí)，高能級(jí)E2上的原子受到外來(lái)光的激勵(lì)作用向低能級(jí)E1躍遷，同時(shí)發(fā)射一個(gè)與外來(lái)光子完全相同的光子。光的受激輻射過(guò)程圖（1-9）光的受激輻射過(guò)程當(dāng)前第77頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)受激輻射的特點(diǎn)當(dāng)外來(lái)激勵(lì)光子能量為高低兩能級(jí)能量差時(shí)，才能發(fā)生受激輻射受激輻射的光子與外來(lái)光子的特性完全相同，即：頻率、位相、偏振和傳播方向完全一樣，因此受激輻射與外來(lái)輻射是相干的，換句話說(shuō)外來(lái)輻射被“放大”了光的受激輻射過(guò)程是產(chǎn)生激光的基本過(guò)程.受激輻射與自發(fā)輻射重要的區(qū)別在于相干性。當(dāng)前第78頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)從E2經(jīng)受激輻射躍遷到E1的原子數(shù)有式中的為外來(lái)光的光場(chǎng)單色能量密度。其他參數(shù)意義同自發(fā)輻射：n2為某時(shí)刻高能級(jí)E2上的原子數(shù)密度（即單位體積中的原子數(shù)），dn2表示在dt時(shí)間間隔內(nèi)由E2受激輻射躍遷到E1的原子數(shù)，“－”表示E2能級(jí)的粒子數(shù)密度減少B21稱為愛因斯坦受激輻射系數(shù)，簡(jiǎn)稱受激輻射系數(shù)當(dāng)前第79頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)受激輻射（躍遷）幾率W21：物理意義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，在外來(lái)單色能量密度為的光照下，E2能級(jí)上發(fā)生受激輻射的粒子數(shù)密度占處于E2能級(jí)總粒子數(shù)密度的百分比。注意：自發(fā)輻射躍遷幾率就是自發(fā)輻射系數(shù)本身，而受激輻射的躍遷幾率決定于受激輻射系數(shù)與外來(lái)光單色能量密度的乘積。當(dāng)前第80頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)3受激吸收受激吸收：處于低能級(jí)E1的原子受到外來(lái)光子（能量）的刺激作用，完全吸收光子的能量而躍遷到高能級(jí)E2的過(guò)程光的受激吸收過(guò)程特點(diǎn)：處于低能級(jí)E1的原子受到外來(lái)光子的刺激作用，完全吸收光子的能量而躍遷到高能級(jí)E2的過(guò)程。圖（1-9）光的受激吸收過(guò)程當(dāng)前第81頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)從E1經(jīng)受激吸收躍遷到E2的原子數(shù)有式中的為外來(lái)光的光場(chǎng)單色能量密度。其他參數(shù)意義同自發(fā)輻射：n1為某時(shí)刻高能級(jí)E1上的原子數(shù)密度（即單位體積中的原子數(shù)），dn2表示在dt時(shí)間間隔內(nèi)由E1受激吸收躍遷到E2的原子數(shù)，“－”被去除表示E2能級(jí)的粒子數(shù)密度增加B12稱為愛因斯坦受激吸收系數(shù)，簡(jiǎn)稱受激吸收系數(shù)。當(dāng)前第82頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)受激吸收（躍遷）幾率W12：物理意義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，在外來(lái)單色能量密度為的光照下，E1能級(jí)上因?yàn)槭芗の哲S遷到E2能級(jí)上的粒子數(shù)密度占處于E1能級(jí)總粒子數(shù)密度的百分比。受激吸收的躍遷幾率決定于受激吸收系數(shù)與外來(lái)光單色能量密度的乘積。當(dāng)前第83頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)1.3.3自發(fā)輻射、受激輻射和吸收之間的關(guān)系在處于熱平衡的絕對(duì)黑體空腔內(nèi)的原子系統(tǒng)，各能級(jí)上的原子數(shù)不變，輻射與吸收總數(shù)相等，則有如下關(guān)系：由波爾茲曼分布定律可知：自發(fā)輻射光子數(shù)受激輻射光子數(shù)受激吸收光子數(shù)（1）（2）當(dāng)前第84頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)由此得到熱平衡空腔得單色輻射能量密度為結(jié)合方程（1）、（2）式可得（3）（4）當(dāng)前第85頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)可以得到三個(gè)愛因斯坦系數(shù)的內(nèi)在聯(lián)系:與普朗克理論所得的黑體單色輻射能量密度公式相比較當(dāng)前第86頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)一點(diǎn)討論如果，則有當(dāng)高低能級(jí)的簡(jiǎn)并度相同時(shí)，受激輻射與受激吸收系數(shù)相等。外來(lái)光子被吸收和激發(fā)受激輻射的機(jī)會(huì)相同。但是一般講高能級(jí)的簡(jiǎn)并度總比低能級(jí)的簡(jiǎn)并度要高，因此受激輻射比受激吸收系數(shù)要小。當(dāng)前第87頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)自發(fā)輻射的出現(xiàn)隨頻率的三次方而增加，波長(zhǎng)越短，自發(fā)輻射的幾率越大。愛因斯坦系數(shù)間的基本關(guān)系，雖然是借助空腔熱平衡這一過(guò)程得出的，但它們普遍適用。在折射率為

的介質(zhì)中，自發(fā)輻射系數(shù)與受激輻射系數(shù)之間關(guān)系為當(dāng)前第88頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)1.3.4自發(fā)輻射光功率與受激輻射光功率同理，受激輻射的光功率體密度某時(shí)刻自發(fā)輻射的光功率體密度受激輻射光功率體密度與自發(fā)輻射光功率體密度之比為：當(dāng)前第89頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)對(duì)于平衡熱輻射源，則有：以溫度T=3000K的熱輻射光源，發(fā)射的波長(zhǎng)為500nm例：當(dāng)前第90頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)激光光源打破了熱平衡且單色能量密度比普通光源大1010倍，受激輻射光功率體密度與自發(fā)輻射光功率體密度之比為普通光源主要是自發(fā)輻射，而激光光源主要是受激輻射。當(dāng)前第91頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)課后作業(yè)：

P28:1,3，4,5當(dāng)前第92頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)§1.4光譜線增寬

光譜的線型和寬度與光的時(shí)間相干性直接相關(guān)，對(duì)激光器的輸出特性（如激光的增益、模式、功率等）都有影響。1.4.1光譜線、線型和光譜線寬度用分辨率極高的攝譜儀拍攝出的每一條原子發(fā)光譜線都具有有限寬度，決不是單一頻率的光光譜片當(dāng)前第93頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)就每一條光譜線而言，在有限寬度的頻率范圍內(nèi)，光強(qiáng)的相對(duì)強(qiáng)度也不一樣。設(shè)某一條光譜線的總光強(qiáng)為I0，頻率附近單位頻率間隔的光強(qiáng)為，則頻率附近單位頻率間隔的相對(duì)光強(qiáng)表示為線型函數(shù)f(v)

：?jiǎn)挝活l率間隔的相對(duì)光強(qiáng)分布，稱作光譜線的線型函數(shù)。當(dāng)前第94頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)線型函數(shù)的歸一化條件：相對(duì)光強(qiáng)之和（積分）為1圖(1-10)光譜的線型函數(shù)當(dāng)前第95頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)光譜線寬度：相對(duì)光強(qiáng)為最大值的一半處的頻率間隔，即：式中各頻率處光強(qiáng)滿足：光譜曲線是可以用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)量的當(dāng)前第96頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)考慮光譜線線型的影響后，在單位時(shí)間內(nèi)，對(duì)應(yīng)于頻率 間隔，自發(fā)輻射、受激輻射、受激吸收的原子躍遷數(shù)密度公式分別為自發(fā)輻射受激輻射受激吸收當(dāng)前第97頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)總的自發(fā)輻射原子數(shù)密度總的受激輻射原子數(shù)密度總的受激吸收原子數(shù)密度單位時(shí)間內(nèi)總原子數(shù)密度與外來(lái)光的單色能量密度及光譜的線型函數(shù)有關(guān)計(jì)算總受激輻射原子數(shù)密度分為兩種情況討論：當(dāng)前第98頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)總的受激輻射原子數(shù)密度此時(shí)受激輻射躍遷幾率為:同理受激吸收躍遷幾率為:（1）入射光比被激原子發(fā)光譜線寬度小很多當(dāng)前第99頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)總的受激輻射原子數(shù)密度此時(shí)受激輻射的躍遷幾率為:同理，受激吸收躍遷幾率為：（2）入射光比被激原子發(fā)光譜線寬度大很多當(dāng)前第100頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)(1)當(dāng)正負(fù)電中心距離r作頻率為的簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí)，該原子輻射頻率為的電磁波，電磁波在空間某點(diǎn)的場(chǎng)矢量為：由于原子在振動(dòng)的過(guò)程中不斷地輻射能量，則上式應(yīng)寫為：1.4.2自然增寬經(jīng)典理論：所有電磁波的輻射都是有原子的電荷振動(dòng)而產(chǎn)生，原子看作由一個(gè)負(fù)電中心和一個(gè)正電中心所組成的電偶極子。當(dāng)前第101頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)圖(1-12)電偶極子輻射場(chǎng)的衰減振動(dòng)當(dāng)前第102頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)(2)衰減振動(dòng)不是簡(jiǎn)諧振動(dòng)，因此原子輻射的波不是單色的，譜線具有有限寬度。對(duì)上式進(jìn)行傅里葉變換，結(jié)合考慮到t<0時(shí)U(t)=0，則上式寫成：：當(dāng)前第103頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)其中為譜線的中心頻率，A為比例常數(shù)，稱為自然增寬的線型函數(shù)。光強(qiáng)在譜線范圍內(nèi)隨頻率有一個(gè)分布，如以表示在頻率v附近單位頻率間隔的相對(duì)光強(qiáng)隨頻率的分布，則有：當(dāng)前第104頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)(3)自然增寬:作為電偶極子看待的原子作衰減振動(dòng)而造成的譜線增寬。由線型函數(shù)歸一化條件可得：當(dāng)時(shí)，；當(dāng)和時(shí)，當(dāng)前第105頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)所以，原子譜線的半值寬度即自然增寬為，如圖(1-13)所示。圖（1-13）洛侖茲線型函數(shù)我們也可以用自然增寬來(lái)表達(dá)光譜線型函數(shù)（洛侖茲線型函數(shù)

）：當(dāng)前第106頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)（1）碰撞增寬是考慮了發(fā)光原子間的相互作用造成的，碰撞使原子發(fā)光中斷或光波位相發(fā)生突變，即使發(fā)光波列縮短，如圖(1-15)。用表示。1.4.3碰撞增寬圖（1-15）碰撞增寬的形成機(jī)理當(dāng)前第107頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)（3）當(dāng)發(fā)光原子同時(shí)具有碰撞增寬(與氣體壓強(qiáng)P成正比)和自然增寬時(shí)，可以證明所得的線型仍為洛侖茲線型，其線寬為兩者之和，即：（2）同理，可由傅立葉變換求出由碰撞增寬引起的譜線線型函數(shù)：——洛倫茲線型當(dāng)前第108頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)（4）氣體介質(zhì)中，碰撞增寬與氣壓成線性關(guān)系，簡(jiǎn)單地表示為：式中稱為壓力加寬系數(shù)，與氣壓無(wú)關(guān)。若工作物質(zhì)由工作氣體（a）和輔助氣體（b，c，…)組成，則當(dāng)前第109頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)(1)多普勒效應(yīng)：光源和接收器相對(duì)運(yùn)動(dòng)，接收器收到的光頻不等于原頻率。1.光的多普勒效應(yīng)一般情況下，上式取一級(jí)近似可得：1.4.4多普勒增寬(2)設(shè)光源與接收器在兩者連線方向的相對(duì)速度為，則接收到的光的頻率為：當(dāng)前第110頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)(3)若在介質(zhì)中傳播時(shí)，光速應(yīng)為，則此時(shí)的頻率可寫成：2.多普勒增寬(1)如圖(1-16)所示，氣體放電管中一個(gè)靜止原子的發(fā)光頻率為，原子的運(yùn)動(dòng)速度為，在z方向的分量為，則接收器接收到的頻率為：圖(1-16)發(fā)光原子相對(duì)接收器的運(yùn)動(dòng)當(dāng)前第111頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)(2)現(xiàn)討論大量同類原子的發(fā)光引起譜線頻率增寬。只討論傳播方向?yàn)椋珃的光，設(shè)單位體積內(nèi)的原子數(shù)為n，則具有速度分量為的原子數(shù)為：速度分量為的原子數(shù)占總數(shù)的百分比為：當(dāng)前第112頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)又由于：(3)由于頻率與速度分量有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，因此有：所以有：——多普勒增寬的線型函數(shù)當(dāng)前第113頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)當(dāng)和時(shí)，多普勒增寬為

為高斯型線型函數(shù)。其曲線如圖(1-17)所示。圖(1-17)高斯線型函數(shù)顯然，當(dāng)時(shí)，線型函數(shù)取最大值為：當(dāng)前第114頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)多譜勒增寬：多普勒增寬只決定于氣體的熱力學(xué)溫度和原子量。舉例：設(shè)T=400K氦氖激光器的0.6328um激光：CO2激光器的10.6um激光：自然增寬遠(yuǎn)小于碰撞增寬和多普勒增寬，碰撞增寬在氣體壓強(qiáng)減少時(shí)隨之減小，在低氣壓時(shí)多譜勒增寬起主要作用。當(dāng)前第115頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)1.自然增寬和碰撞增寬中每一個(gè)原子所發(fā)的光對(duì)譜線內(nèi)任一頻率都有貢獻(xiàn)，且這個(gè)貢獻(xiàn)對(duì)每個(gè)原子都是相同的。這種增寬為均勻增寬。其線型函數(shù)為洛倫茲線型。2.多普勒增寬中，各種不同速度的原子對(duì)中不同頻率有貢獻(xiàn)。不同原子的作用是不同的，這種增寬叫非均勻增寬。其線型函數(shù)為高斯分布函數(shù)。1.4.5均勻增寬和非均勻增寬線型當(dāng)前第116頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)3.這兩種線型函數(shù)都是“鐘形”曲線，但它們大不相同。如圖(1-18)所示。圖(1-18)兩種線型函數(shù)的比較固體中也有均勻和非均勻增寬，均勻增寬主要是自然增寬，非均勻增寬則是晶體中的位錯(cuò)、晶格變形、缺陷等各種原因。當(dāng)前第117頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)小結(jié)：光譜線的加寬機(jī)制和類型1.均勻加寬：引起加寬的物理因素對(duì)每個(gè)發(fā)光粒子都是等同的。由于均勻加寬對(duì)每個(gè)原子的輻射的影響是相同的，因此在均勻加寬的影響下，每個(gè)原子都具有相同的輻射特性，即每個(gè)原子都以整個(gè)線型函數(shù)的形式輻射光子如：自然加寬、壽命加寬、壓力加寬、熱聲子加寬2.非均勻加寬：由于某種物理因素的影響，使得發(fā)光原子有不同的表觀中心頻率，使總的輻射譜線加寬。3.綜合加寬：均勻加寬與非均勻加寬同時(shí)存在如：多普勒加寬、晶格隨機(jī)缺陷加寬當(dāng)前第118頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)從譜線加寬角度看：對(duì)均勻加寬，每個(gè)粒子的自發(fā)輻射具有完全相同的線型函數(shù)、線寬、中心頻率。對(duì)非均勻加寬，介質(zhì)中的發(fā)光粒子可以分類，可探測(cè)到不同的中心頻率。對(duì)均勻加寬，整個(gè)介質(zhì)的線型和線寬與單個(gè)粒子相同，對(duì)非均勻加寬，某個(gè)離子的線型和線寬不等于整個(gè)介質(zhì)的譜線加寬和線寬。均勻加寬和非均勻加寬的本質(zhì)差別當(dāng)前第119頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)對(duì)均勻加寬，不能把介質(zhì)線型函數(shù)上的某一特定頻率與介質(zhì)中某類離子建立聯(lián)系和對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)非均勻加寬，某類發(fā)光粒子僅對(duì)光譜線范圍內(nèi)某一特定頻率有貢獻(xiàn)，對(duì)其他頻率無(wú)貢獻(xiàn)。當(dāng)某一頻率的準(zhǔn)單色光與介質(zhì)相互作用，對(duì)均勻加寬，入射光場(chǎng)與所有的粒子發(fā)生完全相同的共振相互作用，所有粒子具有相同的受激躍遷幾率和極化強(qiáng)度。對(duì)非均勻加寬，只有表觀中心頻率與入射光場(chǎng)頻率相應(yīng)的某類粒子發(fā)生相互作用，不同粒子的極化情況也不同。均勻加寬和非均勻加寬的本質(zhì)差別當(dāng)前第120頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)實(shí)際的光譜線型是均勻增寬線型和非均勻增寬線型的迭加。綜合線型比較復(fù)雜。*1.4.6綜合增寬

習(xí)題P28:11，12，13作業(yè)當(dāng)前第121頁(yè)\共有137頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)《激光原理與技術(shù)》前文回顧(1)光與物質(zhì)的作用自發(fā)輻射、受激輻射和受激吸收（2）愛因斯坦關(guān)系式普通光源激光受激吸收幾率=受激輻射幾率波長(zhǎng)越短，自發(fā)輻射幾率越大當(dāng)前第122