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文檔簡介
如果原子因受滿足頻率條件的光的激勵而躍遷到較高能態,這種過程就稱為受激吸收。
受激吸收§14-1激光一、受激吸收、自發輻射和受激輻射
沒有外界作用,原子自發地由高能態躍遷到低能態,并輻射一個光子,這種過程叫自發輻射。
自發輻射各個原子自發輻射的光是非相干光
若原子受到一個滿足頻率條件的外來光子的激勵,由高能態躍遷到低能態,則輻射出另一同頻率的光子來,這種過程叫做受激輻射。
受激輻射各個原子受激輻射的光是相干光在通常情況下,原子在各能級上的分布服從玻耳茲曼分布定律,即在低能級上的原子數較多。光通過物質時,受激吸收占優勢。
激光就是由受激輻射產生的被放大了的相干光。激光的英文名為“lightamplificationbystimulatedemissionofradiation”第一個字母的縮寫。在通常狀態下,三種躍遷同時存在,受激吸收使光子數減少,受激輻射使光子數增加。哪種躍遷占優勢取決于高低能級的原子數。二、產生激光的基本條件
通過給物質提供能量,可以使較多的原子躍遷到高能級,如果物質具有亞穩態,就能實現粒子數反轉。
存在粒子數反轉分布的物質稱為激活介質。2.光學諧振腔
在激活介質的兩端安置兩塊反射鏡面,一個是全反射鏡,一個是部分反射鏡,這對反射鏡面及其間的空間稱為光學諧振腔。
要得到方向性和單色性很好的激光,還必須采用光學諧振腔。最初的受激輻射源于自發輻射,只有與反射鏡軸向平行的一定波長的光能在激活介質內來回反射,雪崩式地放大,在一定條件下形成穩定的強光光束,從部分反射鏡面輸出,得到激光。光學諧振腔對光的方向選擇性3.閾值條件光傳播過程中,光強增量G為增益系數積分可得光強設r1、r2為M1、M2的反射率則
在諧振腔內,除了有光的增益,還存在工作物質對光的吸收、散射以及反射鏡的吸收和透射等造成的各種損耗,只有當光在諧振腔內來回一次所得的增益大于損耗時,才能形成激光。增益大于損耗的條件稱為閾值條件。
在設計諧振腔時,可以有選擇地使對特定波長的光滿足閾值條件,使該波長的光形成激光輸出。常用激光器由三部分組成:工作物質激勵能源光學諧振腔激光工作物質激勵能源諧振腔激光器結構示意圖三、激光器按輸出方式分:脈沖輸出連續輸出半導體激光器按工作物質分:氣體激光器固體激光器液體激光器自由電子激光器激光器的分類1.方向性好激光束的發散角很小,一般為激光定位、導向、測距等就利用了方向性好的特點。2.單色性好
在普通光源中,單色性最好的是作為長度基準器的氪燈(Kr86);它的譜線寬度為4.7×10-3nm,而激光譜線寬為
nm,為氪燈譜線寬度的5萬分之一。采用穩頻等技術還可以進一步提高激光的單色性。四、激光的特性及其應用3.亮度高
亮度是光源在單位面積上,向某一方向的單位立體角內發射的功率。
激光的輸出功率雖然有限度,但由于其光束細(發散特別小),功率密度特別大,因而其亮度也特別大。激光能量在時間和空間上高度集中,能在極小區域產生幾百萬度的高溫。激光加工、激光手術、激光武器等就利用了高亮度的特點。4.相干性好激光具有很好的相干性。
普通光源的相干長度約為1毫米至幾十厘米,激光可達幾十公里。全息照相、全息存儲等就利用了相干性好
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