1.1辐射理论基础概要.pptVIP

* * 第一章 辐射理论基础概要 与激光产生 的条件 实验中采用大功率(1014KW)钕玻璃激光器 核聚变实验的六路真空靶室 1—1 光的波粒二象性 一. 光的发展简史 1. 牛顿和惠更斯与光的理论学说 牛顿在1669年提出光的“微粒说”.他认为光是从光源发 出的一种光微粒流,具有直线传播的性质.光微粒流有弹性,并且能被某些物质吸收.光微粒流遇到物质时,如果不被吸收,就会被弹回来. 惠更斯在1678年提出光的“波动说”.他认为光从一处传播到另一处,是和水波类似的波. 这两学说在相互争论中发展,一直持续了200多年,牛顿的微粒说能圆满地解释光的直线传播、反射等现象,因而在很长一个时期内占统治地位.但后来人们又在实验中发现,微粒说不能解释光的干涉、衍射等现象.这就促使科学家们去探索新的答案. 2. 麦克斯韦建立了光的电磁理论 19世纪初,电的发明和应用,将人类带进了电器时代。1863年英国物理学家麦克斯韦，以库仑、安培、法拉第在电学上的发现为基础作了进一步发展，创立了电磁波理论。其要点是：变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，二者交替产生由近及远的传播，既电磁波。并建立了著名的麦克斯韦方程。1887年赫兹用实验的方法产生了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁波理论。1901年俄国物理学家列别捷夫用实验测定了光压，结果与电磁理论十分相互，从而进一步巩固了光的电磁理论，麦克斯韦电磁波的传播速度上有限的 ，其速度在真空中为每秒30万公里，与光速一样，从而确认了光波也是电磁波。 应用光的电磁波理论,基本上能比较完满地解释光的发射、折射、干涉、衍射、偏振、双折射等与光的传播性有关的一系列重要现象。 3. 爱因斯坦站在了巨人肩膀上 电磁波理论虽然使光的波动说一度占领了光学领域，但19世纪末，实践中遇到的光与物质相互作用的许多 现象却无法解释，如黑体辐射、光的吸收与发射、光电效应、光化学反应等。1905年，爱因斯坦发展了普朗克的量子假说，在一种全新的物理意义上提出了光子学说。 光在本质上是由一些具有确定能量和动量的物质微粒——光量子或光子所组成，而光子的能量和动量的数值，与一定的光的频率或波长相对应，即 爱因斯坦认为光子既是粒子、同时又是波。光在与物质相互作用时粒子性明显，光在传播中则波动性突出。光的这种粒子性和波动性相互对立又并存的性质，叫做光的“波粒二象性”。 二. 光的波粒二象性 1、光波——波长为4000埃～7600埃的电磁波 电磁波--电磁场是E和B的振动由近及远传播的过程 Z X Y 电矢量叫做光矢量,光波是横波. 对电磁场----用经典电动力学的Maxwell方程组描述 （1） 线偏振光 偏振光（线偏振光） 符号表示 光振动只沿某一固定方向的光 . 振动面 (2)自然光 z 传播方向 （3） 光速、频率和波长三者的关系 (a)波长:振动状态在经历一个周期的时间内向前传播的距离。 (b)光速 (c)频率和周期：光矢量每秒钟振动的次数 (d)三者的关系 在真空中 各种介质μ中传播时，保持其原有频率不变，而速度 各不相同 （4） 单色平面波 波面——相位相同的空间各点构成的面 平波面——波面是彼此平行的平面,且在无吸收介质中传播时,波的振幅保持不变。 Z X Y 单色平波面——具有单一频率的平面波。 实际上任何光波都不可能是全单色的，总有一定的频率宽度。 当△v＜＜v0时，就叫准单色波。 Z X Y 简谐波——理想单色平面波 ①.简谐振子模型 两式统一写成 ②.简谐波方程 光波具有时间周期性和空间周期性 电磁波的传播 ③.简谐波波矢——空间角频率 波矢k是一个矢量，方向沿着光线传播的方向。 ④.光波模——以某一波矢 为标记的驻波 在激光理论中，光波模是一个很重要的概念。 麦氏方程的解 特解：单色平面波。 通解：一系列单色平面波的叠加。 自由空间中的电磁波:任意波矢的平面波均可以存在! 受边界条件限制空间的电磁波：一系列独立的具有特定波矢 的平面单色驻波。即只允许驻波光模式存在！ 一种模式是电磁波运动的一种类型，不同模式以不同的k 区分。 2、 光子 引言：爱因斯坦断言：光是由光子组成 （一）.光子的基本性质 ① 一定种类的光子的能量,与一定的光的频率相对应 ε= h v v — 光的频率 h —普朗克常数 ②.一定种类的光子的质量可表达为 考虑相对论要求 m0 — 光子的静止质量 υ — 光子的速度 对于光子 m0 = 0 υ=c