[理学]现代光学.ppt

Chap.8 Basics of Modern Optics 主讲人：尹国盛 教授 河南大学物理与信息光电子学院 Chap.8 Basics of Modern Optics 现代光学以1960年梅曼成功研制出的第一台红宝石激光器为标志。 “激光”——“Laser”——“Lihgt amplification by stimulated emission of radiation”. 它是光受激辐射放大的简称，它通过辐射的受激发射而实现光放大。它是一种单色性佳、亮度高、相干性强、方向性好的相干光束。 我国国家标准给它下的定义是：“由激光器产生的，波长在1mm以下的相干电磁辐射，它由物质的粒子受激发射放大产生，具有良好的单色性、相干性和方向性”（GB/T 15313——94）。 主 要 内 容 8. 1 原子发光的机理 8. 2 光与原子相互作用 8. 3 粒子数反转 8. 4 光振荡 8. 5 激光的单色性 8. 6 激光的相干性 8. 7 激光器的种类 8. 8 非线性光学 8. 9 全息照相 8. 10 光盘存储技术 8.1 原子发光的机理 一、玻尔的氢原子模型 二、能级图 三、原子发光的机理 一、玻尔的氢原子模型 19世纪末的三大发现： 伦琴：1895年——X射线——1901年获诺贝尔奖； 贝克勒尔：1896年——放射性——1903年获诺贝尔奖； 汤姆孙：1897年——电子——1906年获诺贝尔奖. 汤姆孙　→　卢瑟福　→　玻尔　→　海森伯 西瓜模型　　行星模型　壳层模型　不确定关系 1897年　　　1911年 1913年 1927年 (1906年 1922年 1932年) 英《物理世界》千年特刊评出的10名最杰出物理学家： ⒈爱因斯坦（美籍德国人、1921） ⒉牛顿﹙英国人﹚ ⒊麦克斯韦﹙英国人﹚ ⒋玻尔﹙丹麦人、1922﹚ ⒌海森伯(德国人、1932) ⒍伽利略﹙意大利人﹚ ⒎费曼﹙美国人、1965﹚ ⒏狄拉克﹙法国人、1933﹚ 、薛定谔﹙奥地利人、1933﹚ ⒑卢瑟福﹙英籍新西兰人﹚ 诺贝尔奖是1901.12.10.诺贝尔逝世5周年纪念日时颁发第一届. 部分著名的物理学家： 一、玻尔的氢原子模型 玻尔理论的基本假设. 电子的角动量 ， n=1,2,3,…主量子数. 电子的轨道半径： ， h=6.626176×10-34 J·s, e= 1.60219×10-19C, m=9.10956×10-31 kg，?0 =8.85419×10-12 F/m 第一轨道半径： 电子的轨道速度： 二、能级图 负号表示要把电子从原子中移开必须对电子作功. 能级图：用一条条水平线的高低来代表能量的大小的图形. 三、原子发光的机理 玻尔又假设：当电子在某一个固定的允许轨道上运动时，并不发射光子。当电子从一个能量较大的状态跃迁到一个能量较小的状态时,电子的总能量发生变化.这部分能量的改变值就以光子的形式辐射出来。反之，当电子从一个能量较小的状态跃迁到一个能量较大的状态时，它吸收光子。 吸收： , 发射： , E1为基态，能量最低， 其它态为激发态。 8.2 光与原子相互作用 一、吸收 二、自发辐射 三、受激辐射 四、三个系数的关系 一、吸 收 只有当光子的能量正好等于原子的能级间隔E2 －E1 时，这样的光子才能被吸收。 其中B12 称为受激吸收爱因斯坦系数， 称为吸收速率。 二、自发辐射 自发地从激发态返回较低能态而放出光子的过程—自发辐射过程。 n21 = n2 A21 其中A21 称为自发辐射爱因斯坦系数。 原子在能级E2 上的平均寿命为 。 特点：这种过程与外界作用无关，除激光器光源外，普通光源的发光都是自发辐射。 三、受激辐射 处于激发态的原子，在外来光子的影响下，引起从高能态向低能态的跃迁，并把两个状态之间的能量差以辐射光子的形式发射出去的过程—受激辐射。 其中B21 称为