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晶体的其他效应 《材料物理性能》——材料的光学性能 外力作用下的双折射-光弹性效应 《材料物理性能》——材料的光学性能 《材料物理性能》——材料的光学性能 《材料物理性能》——材料的光学性能 《材料物理性能》——材料的光学性能 《材料物理性能》——材料的光学性能 《材料物理性能》——材料的光学性能 《材料物理性能》——材料的光学性能 《材料物理性能》——材料的光学性能 《材料物理性能》——材料的光学性能 电光效应 《材料物理性能》——材料的光学性能 《材料物理性能》——材料的光学性能 旋光性 《材料物理性能》——材料的光学性能 《材料物理性能》——材料的光学性能 法拉第效应 《材料物理性能》——材料的光学性能 《材料物理性能》——材料的光学性能 Eu3+离子 在不同基 质材料中的发射光谱 二、 复合发光 复合发光与分立中心发光最根本的区别在于,复合发光时电子的跃迁涉及固体的能带。由于电子被激发到导带时在价带上留下一个空穴,因此当导带的电子回到价带与空穴复合时,便以光的形式放出能量。复合发光的所发射光子的能量等于禁带宽度。通常采用半导体材料,以掺杂的方式提高 发光效率。 如果在P-N结上加正向电压,内电场势垒的高度降低,势垒区的宽度变窄。由于势垒减弱,电子就源源不断从N区流向P区,空穴反之,大量的电子和空穴相遇复合,并以光的形式释放能量。 5.8 材料的受激辐射和激光 20世纪60年代出现了激光; 辐射能量在空间和时间上高度集中,其亮度比太阳强1010倍; 用途:信息、医学、工业、能源和国防领域。 1917年爱因斯坦在研究“黑体辐射能量分布”问题时,提出-光与物质的相互作用除了光吸收、光发射着两个基本过程之外,还存在第三个基本过程----受激辐射。 问题:光与物理相作用的三种过程以及它们之间的关系? 5.8.1 受激辐射 光与物质相互作用的三个基本过程:光的吸收、光发射、受激辐射 自发辐射过程 注:从高能E2向低能E1自发、独立地发射一个光子,除了能量(频率)受上式制约之外,其发射方向和偏振态都是随机和无规则的。 单位体积、单位时间发生自发辐射原子数: N2代表高能E2的原子密度; A21代表自发辐射跃迁概率-自发辐射系数。与原子的性质有关,与辐射场无关。负号表明自发辐射导致N2随时间减少。 自发辐射的光子数 如果原子处于低能级,当有能量满足hv=E2-E1的光子时,原子则可能吸收一个光子并跃迁到高能级E2。由于这个吸收过程只有存在适当频率的外来光子时才会发生,故称为“受激吸收”。 单位体积、单位时间发生受激吸收的原子数: 其中系数B12称为受激吸收系数, 辐射场的能量密度, 受激吸收几率。 吸收的结果导致高能级的原子数增加。 受激辐射的过程:当一个能量满足hv=E2-E1的光子趋近高能级E2的原子时,有可能入射的光子非但不被吸收,反而诱导高能级原子发射一个和自已性质完全相同的光子来。 特点: 受激辐射的光子和入射光子具有相同的频率、方向和偏振状态。 受激辐射是受激吸收的逆过程,它的发生使高能级的原子数减少。 单位体积、单位时间发生受激辐射的原子数: 其中系数B21称为受激辐射系数, 辐射场的能量密度, 受激辐射几率。 在热平衡的条件下,只有当辐射体发射的光子数(包括自发辐射和受激辐射)等于吸收的光子数时,才能保持辐射场能量密度不变。 受激辐射的意义 爱因斯坦的黑体辐射理论首次预言了受激辐射的存在,明确提出了光子和受激辐射概念,以更清晰的物理图像解释了黑体辐射的规律—近半个世纪后制造出了第一台激光器。 5.8.2 激活介质 1、受激辐射产生的光子数与受激吸收的光子数之比等于E2/E1能级上的粒子数之比; 2、怎样才能使受激辐射占主导地位呢? 关键在于设法突破玻耳兹曼分布,使上能级的粒子数下能级的粒子数---称为“粒子数反转”。 3、热平衡下,光波通过物质体系时总是或多或少的被吸收,因而越来越弱;但是粒子数反转的体系相反。 4、激活介质:实现粒子数反转的介质,具有对光的放大作用。 光波通过介质时强度随距离呈: 由于一般介质的吸收系数α为正数,所以II0。对于粒子数反转介质,吸收系数为负数,如令 g=-a,g为增益系数,则有: 实现粒子数反转的介质称为“负吸收介质”或“增益介质”,即对光波有放大作用的介质。 由于受激辐光子的性质与入射光子完全一样,激活介质光放大的结果,就能使特定频率、特定方向、特定偏振态的光得到增强,当增益足以克服损耗时,即形成激光辐射。 激励的种类不同分: 气体激励; 核能激励; 激光激励等。 实例 固体激光通过光激励(称为光泵),要求介质有较宽的吸收谱带,使
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