大学物理子中的电子.ppt

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大学物理子中的电子

三. 分子光谱的波段范围 λ (μm) γ射线 X射线 紫外线 红外线 微波 可见光 核跃迁 内层 电子 跃迁 外层电子跃迁 近 中 远 振动 转动 0.40 0.76 10-5 10-2 103 分子光谱的范围 分子发光频率的范围相当广, 从紫外---可见光---红外光---远红外光---微波, 因此有很多应用。 *固体中的电子 *核与粒子物理 普通光源-----自发辐射 激光光源-----受激辐射 激光(Laser),全名是 “辐射的受激发射光放大”。 (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) §3.7 激光 1. 特点: ? 时间相干性好(?? ~10 - 8?), 相干长度可达几十公里。 相干性极好 ? 空间相干性好,有的激光波面上 各个点都是相干光源。 方向性极好(发散角~ 以下 ) 功率大(脉冲平均功率可达~10 14W; 连续功率可达~1 kW ) 光强大(会聚的激光强度可达1017W/cm2; 2 . 种类: 按工作物质分 固体(如红宝石Al2O3) 液体(如某些染料;可以调频) 气体(如He-Ne,CO2) 半导体(如砷化镓 GaAs) 按工作方式分 连续式(功率可达103 W) 脉冲式(平均功率可达1014 W ) 第一台激光器诞生于1960年。 它们的基本原理都是基于1916年爱因斯坦 提出的受激辐射理论。 氙闪光灯 聚光器 触发 电极 激光束 红宝石棒Al 2O3 梅曼的第一台红宝石激光器 汤斯和肖洛1958年论述了laser的基本原理。 上世纪六十年代初对发明激光器有贡献的 三位科学家。 他们1964年获诺贝尔物理奖。 巴索夫 普罗恰洛夫 汤斯 一. 自发辐射 受激辐射和吸收 1. 自发辐射 E2 E1 N2 N1 h? 处在高能级的原子自发地向低能级跃迁,发出光子的过程 N1 、N2 :单位体积中E1 、E2 能级的原子数 单位体积中单位时间内, 从E2 ? E1自发辐射的原子数: 写成等式 A21 ?自发辐射系数,单个原子在单位 时间内发生自发辐射过程的概率。 各原子自发辐射的光是独立的、 无关的 非相干光 。 2 . 吸收 E2 E1 N2 N1 h? 处在低能级E1原子吸收一个光子向高能级跃迁的过程 温度T时, 频率? = (E2 - E1) / h附近,单位频率间隔的外来光的能量密度为?(?、T) 。 单位体积中单位时间内因吸收外来光而从 E1?E2 的原子数: 写成等式 B12? 吸收系数 令 W12=B12 ? ( ? 、T) W12 ? 单个原子在单位时间内发生 吸收过程的概率。 3.受激辐射 E2 E1 N2 N1 全同光子 h? 在外部光子的激励下,处在高能级E2的原子向低能级E1跃迁,发出光子的过程 单位体积中单位时间内,从E2? E1 受激辐射的原子数: 写成等式 B21 ? 受激辐射系数 则 W21 ?单个原子在单位时间内发生 受激辐射过程的概率。 受激辐射光与外来光的频率、偏振方向、 相位及传播方向均相同 ------有光放大作用。 令 W21 = B21· ?(? 、T) A21 、B21 、B12 称为爱因斯坦系数。 爱因斯坦在 1917年就从理论上得出 爱因斯坦的受激辐射理论为上世纪六十年代初 在实验上获得激光奠定了理论基础。 B21 = B12 受激辐射系数=吸收系数 自发辐射系数与 吸收系数成正比 二. 粒子数按能级的统计分布 若 E2 E 1,则两能级上的原子数目之比 由大量原子组成的系统,在温度不太低的 平衡态,原子数目按能级的分布服从 玻耳兹曼统计分布: 数量级估计: T ~103 K; kT~1.38×10-20 J ~ 0.086 eV; E 2-E 1~1eV; 三. 粒子数反转 1. 为何要粒子数反转 从E2 E1 自发辐射的光,可能会引起 受激辐射过程,也可能会引起吸收过程。 因 B21=B12 ? W21=W12 所以,要产生激光, 必须 N2 N1( 粒子数反转)。 要产生光放大必须 2. 实现粒子数反转的必备条件 为了促使粒子数反转的出现 必须用一定的

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