激光原理課件第1頁，課件共16頁，創作于2023年2月核聚變實驗的六路真空靶室實驗中采用大功率(1014KW)釹玻璃激光器第2頁，課件共16頁，創作于2023年2月1.1光的波粒二象性一.光的發展簡史1.牛頓和惠更斯與光的理論學說牛頓在1669年提出光的“微粒說”.他認為光是從光源發出的一種光微粒流,具有直線傳播的性質.光微粒流有彈性,并且能被某些物質吸收.光微粒流遇到物質時,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.這兩學說在相互爭論中發展,一直持續了200多年,牛頓的微粒說能圓滿地解釋光的直線傳播、反射等現象,因而在很長一個時期內占統治地位.但后來人們又在實驗中發現,微粒說不能解釋光的干涉、衍射等現象.這就促使科學家們去探索新的答案.第3頁，課件共16頁，創作于2023年2月2.麥克斯韋建立了光的電磁理論19世紀初,電的發明和應用,將人類帶進了電器時代。1863年英國物理學家麥克斯韋，以庫侖、安培、法拉第在電學上的發現為基礎作了進一步發展，創立了電磁波理論。其要點是：變化的電場產生磁場，變化的磁場產生電場，二者交替產生由近及遠的傳播，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年俄國物理學家列別捷夫用實驗測定了光壓，結果與電磁理論十分相互，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。應用光的電磁波理論,基本上能比較完滿地解釋光的反射、折射、干涉、衍射、偏振、雙折射等與光的傳播性有關的一系列重要現象。第4頁，課件共16頁，創作于2023年2月3.愛因斯坦站在了巨人肩膀上電磁波理論雖然使光的波動說一度占領了光學領域，但19世紀末，實踐中遇到的光與物質相互作用的許多現象卻無法解釋，如黑體輻射、光的吸收與發射、光電效應、光化學反應等。1905年，愛因斯坦發展了普朗克的量子假說，在一種全新的物理意義上提出了光子學說。光在本質上是由一些具有確定能量和動量的物質微粒——光量子或光子所組成，而光子的能量和動量的數值，與一定的光的頻率或波長相對應，即愛因斯坦認為光子既是粒子、同時又是波。光在與物質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，叫做光的“波粒二象性”。第5頁，課件共16頁，創作于2023年2月波動性和粒子性是光的客觀屬性，同時存在；光是電磁波，具有波動性質，有一定得頻率和波長；光是光子流，光子是具有一定能量和動量的物質粒子；一定條件下，波動性較明顯，把光看作一列一列的光波組成的；光的吸收、發射、光電效應等過程，粒子性較為明顯，把光看作是有一個一個光子組成的光子流；第6頁，課件共16頁，創作于2023年2月二.光的波粒二象性1、光波——波長為4000埃～7600埃的電磁波電磁波--電磁場是E和B的振動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----用經典電動力學的Maxwell方程組描述第7頁，課件共16頁，創作于2023年2月（1）線偏振光

偏振光（線偏振光）符號表示光振動只沿某一固定方向的光.振動面(2)自然光z傳播方向第8頁，課件共16頁，創作于2023年2月（3）光速、頻率和波長三者的關系(a)波長:振動狀態在經歷一個周期的時間內向前傳播的距離。(b)光速(c)頻率和周期：光矢量每秒鐘振動的次數(d)三者的關系在真空中各種介質μ中傳播時，保持其原有頻率不變，而速度各不相同第9頁，課件共16頁，創作于2023年2月（4）單色平面波波面——相位相同的空間各點構成的面平波面——波面是彼此平行的平面,且在無吸收介質中傳播時,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△v＜＜v0時，就叫準單色波。

第10頁，課件共16頁，創作于2023年2月簡諧波——理想單色平面波①.簡諧振子模型兩式統一寫成②.簡諧波方程電磁波的傳播光波具有時間周期性和空間周期性第11頁，課件共16頁，創作于2023年2月③.簡諧波波矢——空間角頻率波矢k是一個矢量，方向沿著光線傳播的方向。④.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

區分。第12頁，課件共16頁，創作于2023年2月平面波的復數表示法Re【】表示取【】的實數部分。光強：單位時間內通過垂直于光傳播方向單位面積的光波能量；用字母I表示。光強I與光矢量大小的平方成正比，即，5、球面波及其復數表示法球面波—光波波面為一系列通信球面的波。球面簡諧波的方程：球面波的復數表示法：第13頁，課件共16頁，創作于2023年2月2、光子引言：愛因斯坦斷言：光是由光子組成（一）.光子的基本性質①一定種類的光子的能量,與一定的光的頻率相對應ε=hvv—光的頻率h—普朗克常數

②.一定種類的光子的質量可表達為考慮相對論要求m0—

光子的靜止質量

υ—光子的速度對于光子

m0=0υ=c(1-17)第14頁，課件共16頁，創作于2023年2月③.一定種類的光子具有動量P,與一定的光的頻率和傳播方向相聯系n0—光子

行進方向上的單位矢量k——平面波的波矢，它表示2π長度內含有的“完整”波的數目④.一定種類的光子,具有一定的偏振狀態.(同一狀態的光子具有相同的偏振狀態。）⑤.光子具有自旋,故光子是“玻色”子。（即處于）相同狀態的光子數目是無限制的。(1-18)第15頁，課件共16頁，創作于2023年2月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狀態是相同，兩者在概念上是等效的。式(1-17)和式（1-18）把表征粒子性的能量和動量與表征波動性的頻率