[理学]光的受激辐射.ppt

(1):腔内存在由下式表示的热平衡黑体辐射. (1-22) (2):腔内物质原子数按能级分布应服从热平衡下的玻耳兹曼 分布. (1-35) 式中: g1 --- 能级E1的简并度 g2 --- 能级E2的简并度 即 （1-34） 自发辐射光子数 受激辐射光子数 受激吸收光子数 (3) 在热平衡状态下 单位时间内粒子体系从辐射场吸收的光子数目 = 单位时间内粒子体系向辐射场发射的光子数目 联立以上三式,可得 (1) (1)式当T ∞时也应成立,所以有 (1-40) 将上式代入(1)式可得: (1-39) 得到 爱因斯坦关系式 在折射率为μ的介质中,有 (1) 如果E2和E1均非简并即 g1= g2=1, 或者和简并度相同即 g1=g2, 则 (爱因斯坦关系式有更简单形式) B12=B21说明了原子的吸收谱与发射谱相同 若对应于同一个辐射场ρv有：W 12=B12 ρv=B21 ρv= W21 推出重要结论：W12=W21 而 对相同的 dt ， W12= W21 , 而 n 1＞＞ n2 则 (-dn2)＜＜(dn2) 因此,虽然在1916年爱因斯坦就预言了受激辐射的存在，但在一般热平衡情况下，物质的受激辐射总是被受激吸收所掩盖，未能在实验中观察到。 单位时间内受激辐射的原子数 单位时间内受激吸收的原子数 四.自发辐射功率与受激辐射功率 1.自发辐射光功率q自(t) 参予辐射(吸收)的每个粒子发射一个光子hv 2.受激辐射光功率q激(t) 3.自发辐射功率与受激辐射功率之比 再由式 可得 (1-43) 此结论将在1-5详细讨论 讨论: (1).在室温T=300K 的情况下, 对λ=30cm的微波辐射, ,受激辐射占优势; 对λ=60μm的远红外辐射, ; 而对λ=0.6μm 的可见光 受激辐射完全被受激吸收所掩盖. (2).创造条件,使ρv大大增加,就能增大受激辐射程度. (由谐振腔完成) 解:(1) (2) 例1．(1)普通光源发射＝0.6000?m波长时，如受激辐射与自 发辐射光功率体密度之比 ，求此时单色能量密 度 为若干？(2)在He—Ne激光器中若 ， λ=0.6328?m，设μ＝1，求 为若干？ 例2．在红宝石Q调制激光器中，有可能将全部Cr3＋(铬离子)激发到激光上能级并产生巨脉冲。设红宝石直径0.8cm，长8cm，铬离子浓度为2×1018cm－3，巨脉冲宽度为10ns。求：(1)输出0.6943?m激光的最大能量和脉冲平均功率；(2)如上能级的寿命＝10－2s，问自发辐射功率为多少瓦？ 例2．在红宝石Q调制激光器中，有可能将全部Cr3＋(铬离子)激发到激光上能级并产生巨脉冲。设红宝石直径0.8cm，长8cm，铬离子浓度为2×1018cm－3，巨脉冲宽度为10ns。求：(1)输出0.6943?m激光的最大能量和脉冲平均功率；(2)如上能级的寿命＝10－2s，问自发辐射功率为多少瓦？ 解：（1）最大能量 (2) 脉冲平均功率P＝ Thanks very much! 欢迎交流 * 光的受激辐射基本概念 /index.html 光纤的端面和折射率分布 提要 玻耳兹曼分布 黑体辐射 自发辐射、受激吸收、受激发射 爱因斯坦三个系数的关系 玻耳兹曼分布 1. 玻耳兹曼分布(热平衡分布) 热平衡状态下, 处于某一能级Ei的粒子数密度ni(单位体积内的粒子数,常简称称粒子数)为 其中: T---热平衡时的绝对温度 ni --- 处在能级Ei的原子数 g i--- 能级Ei的简并度 k---玻耳兹曼分布常数 ∴ 能级E2与E1粒子数密度之比为(通常设E2＞E1): 讨论(设g i= g j) : (1)如果E2 - E1很小,且满足 △E = E2 - E1＜＜kT,则 E2 E1 (3)若E1为基能级且E2距E1较远, 即 E2－E1较大, 则 n2 ＜＜n1 结论: 热平衡状态下, 绝大多数粒子处于基态 (2) 因E2＞E1,一般有n2＜n1(因为g1和g2为同一数量级即g1≈g2) 即 热平衡状态下, 高能级上的粒子数密度总是较小。 T o Ei E n ni 光的受激辐射 1900年,普朗克用辐射量子化假设成功地解释了黑体辐射规律,1913年,玻尔提出原子中电