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文檔簡介

光的受激輻射概念的產生一、光的受激輻射概念的產生普朗克——1900年，輻射量子化假設；波爾——1913年，原子中電子運動狀態的量子化假設；愛因斯坦——1917年，提出受激輻射概念。1.黑體輻射的Planck公式：任何物質在一定溫度下都要輻射和吸收電磁輻射（熱輻射）。黑體：能夠完全吸收任何波長的電磁輻射的物體。空腔輻射體熱平衡狀態：黑體吸收的輻射能量黑體放出的輻射能量單色能量密度：Planck輻射能量量子化假說：黑體輻射Planck公式：熱平衡狀態下，黑體輻射分配到腔內每個模式上的平均能量：腔內單位體積中頻率處于附近單位頻率間隔內的光波模式數為：2.躍遷：躍遷：原子從某一能級吸收或釋放能量，變成另一能級。吸收躍遷：低吸收能量高輻射躍遷：高輻射能量低二、自發輻射、受激吸收和受激輻射1.自發輻射（SpontaneousEmission）。發光前發光后普通光源（白熾燈、日光燈、高壓水銀燈）的發光過程為自發輻射。各原子自發輻射發出的光彼此獨立，頻率、振動方向、相位不一定相同——為非相干光。E1E2hnE1E2hn主要特征：無需外來光，隨機發光，發出的光子不相干，即相位、偏振態、傳輸方向是隨機的；發出的光子能量分布在許許多多個模式上。自發輻射幾率（Spontaneoustransitionrate）：

A21

－能級21

躍遷的特征參數E2能級平均壽命

表示由于自發輻射躍遷引起的由向躍遷的原子數。推導A21and

s

的關系式

在自發輻射過程中，E2能級上粒子隨時間按指數衰減；自發輻射幾率A21與自發輻射（能級）壽命ts呈倒數關系；

ts可以通過實驗測得，由A21=1/

s可獲得自發輻射幾率；

A21只決定于物質本身性質，與輻射場

無關。2.受激吸收（stimulatedabsorptionSTA）吸收前吸收后受激吸收躍遷幾率：：受激吸收躍遷愛因斯坦系數只與原子本身性質有關與原子本身性質和輻射場能量密度有關唯象的表示為：發光前發光后3.受激輻射（stimulatedemissionSTE）當外來光子的頻率滿足時，使原子中處于高能級的電子在外來光子的激發下向低能級躍遷而發光。受激輻射的光放大示意圖受激輻射光具有與外來光子一樣的特征：相位、偏振態、傳輸方向完全相同，所以受激輻射光是相干光。：受激輻射躍遷愛因斯坦系數只與原子本身性質有關受激輻射躍遷幾率：與原子本身性質和輻射場能量密度有關當光與原子相互作用時，總是同時存在這三種過程三、愛因斯坦三系數的相互關系熱平衡狀態：輻射率吸收率（輻射場總光子數保持不變）玻爾茲曼統計分布：——各能級上的原子數密度（集居數密度）——能級和的簡并度，

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