1、人類認識光的三個主要發展階段人類認識光的三個主要發展階段 1牛頓的微粒說牛頓的微粒說 2惠更斯的波動說惠更斯的波動說 3愛因斯坦的量子論愛因斯坦的量子論1方向性好方向性好2單色性好單色性好 空間相干性空間相干性方向性方向性3相干性好相干性好 時間相干性時間相干性單色性單色性4單色亮度高單色亮度高 單色亮度為在光傳播方向單位面積，單位立體角，單色亮度為在光傳播方向單位面積，單位立體角， 單位頻率間隔輻射的光功率單位頻率間隔輻射的光功率 PB =S1除光子簡并度高外還具有不同的光子統計特性除光子簡并度高外還具有不同的光子統計特性2除具有一階相干性外還具有各高階相干性除具有一階相干性外還具有各高階相

2、干性 一、激光理論概述一、激光理論概述二、激光的相干性二、激光的相干性三、激光的光子統計三、激光的光子統計處理激光問題三個層次的理論處理激光問題三個層次的理論 1速率方程理論速率方程理論 2半經典理論半經典理論 3全量子理論全量子理論 輻射場輻射場原子系統原子系統損耗機制損耗機制泵浦過程泵浦過程原子與原子與場相互場相互作用作用激光系統激光系統環境環境全量子力學方程全量子力學方程半經典方程半經典方程速率方程速率方程對泵浦和弛豫過程取平均對泵浦和弛豫過程取平均忽略掉所有的相位關系忽略掉所有的相位關系用來研究激光線寬、強度的用來研究激光線寬、強度的起伏、相干性、光子統計等起伏、相干性、光子統計等用來

3、研究閾值條件、輸出功率等用來研究閾值條件、輸出功率等(連續運轉、脈沖運轉、調連續運轉、脈沖運轉、調Q激光器激光器)用來研究頻率牽引和推斥、用來研究頻率牽引和推斥、粒子數的脈動、相位鎖定、粒子數的脈動、相位鎖定、超短脈沖、相干光學瞬態過程等超短脈沖、相干光學瞬態過程等 1*1 12 21122,Grt rtE r t E r tSS1S2r1r2R DOrLxx楊氏干涉實驗楊氏干涉實驗 *1 12121101,limTTE r t E r tt dtT *112211 12 21222*1122,Er tE r tgrt r tEr tE r t一階相干度一階相干度:光場時空坐標光場時空坐標 和

4、和 的的 一階相關函數一階相關函數:1 1,r t22,r t1212/t tr r c 混沌光的一階相干度混沌光的一階相干度混沌光的二階相干度混沌光的二階相干度a)高斯線型b) 洛侖茲線型為線寬參數a)高斯線型 b) 洛侖茲線型為線寬參數1212/ttrrc 二階相關函數二階相關函數 21 12 21122,Grtr tI r tI r t112121101lim,TIr tIrttdtT二階相干度二階相干度 112*2112211222221122,Er tErtEr tErtgrtr tEr tErt *1 111221222221 11122,nnnnnnnnnnnnnEr tEr t

5、E rtE rtgE r tE r tE rtE rtn階相干度階相干度單模激光場的光子數分布單模激光場的光子數分布 所滿足的方程所滿足的方程 nn 1,11,111111nnnnnnnnnnnAdnAtcnc ndtnB AnB A 式中式中 可由歸一化條件求出。可由歸一化條件求出。 0001nnn0011nnnkACkBA達到平衡時的光子數分布達到平衡時的光子數分布式中式中:A線性增益系數自飽和系數損耗系數線性增益系數自飽和系數損耗系數001nnnkA kBC在閾值附近簡化為：在閾值附近簡化為：在遠高于閾值時，激光的光子在遠高于閾值時，激光的光子分布接近相干態的泊松分布：分布接近相干態的泊松分布：!nnnnnen 達到平衡態時的光子數分布達到平衡態時