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第八章现代光学基础主讲人：夏立新河南科技大学理学院物理系主要内容1原子发光的机理2光与原子相互作用3粒子数反转4光振荡5激光的单色性6激光的相干性7激光器的种类8非线性光学9全息照相光盘存储技术傅里叶光学的几个基本概念阿贝成象原理阿贝－波特实验和空间滤波8.1原子发光的机理玻尔的氢原子模型理论为半经典半量子理论玻尔理论的基本假设.核外电子绕核作圆周运动电子轨道，能量，角动量量子化能量改变的量子化（即为原子发光机理）１．模型（核近似不动）量子化（轨道，能量，角动量）能级图：用一条条水平线的高低来代表能量的大小的图形.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。单击此处添加小标题能量改变量子化（原子发光的机理）8.2光与原子相互作用一、吸收其中B12称为受激吸收爱因斯坦系数，称为吸收速率。自发辐射其中A21称为自发辐射爱因斯坦系数。n21=n2A21三、受激辐射其中B21称为受激辐射爱因斯坦系数。只有当外来光子的能量正好满足关系式时，才能引起受激辐射三个系数的关系B12=B21=Ａ8.3粒子数反转光放大与粒子数反转能级物质不能实现粒子数反转，三能级系统实现粒子数反转有可能，四能级系统实现粒子数反转——行。8.4光振荡受激辐射与自发辐射自发辐射：n21=n2A21受激辐射：光学谐振腔：能在某一方向上实现受激辐射占主导地位的光学装置。8.5激光的单色性一、谱线宽度频宽：自然线宽：根据关系式c=λ?形成的谱线宽度多普勒宽度谱线宽度：谐振腔的共振频率共振：当腔长与光波频率满足时，多光束干涉的结果得到极大值的情况。共振频率：符合共振条件的光波频率。两个相邻共振频率之差：两个相邻共振波长之差：激光的单色性激光的单色性定义为△?/?0或△λ/λ0，其中?0、λ0为激光谱线的中心频率和中心波长，△?和△λ为相应的频率宽度和谱线宽度。、放电管所发光波的频率轮廓、横坐标代表腔共振频率，即射出光波频率、共振轮廓在激光器的输出光束中，如果只存在一个共振频率，则称为一个纵向模式或称为纵向单模，简称单纵模。在激光技术中，如同时存在几个共振频率，则称为纵向多模。常用方法：腔内插入F-P标准具进行选模8.6激光的相干性添加标题相干性：空间任意两点光振动之间相互关联的程度。01添加标题相干时间：原子的平均发光时间间隔△tH。02添加标题相干长度：在相干时间内光经过的路程△LH，03添加标题LH=c△tH。04添加标题迈克耳孙干涉仪————光的时间相干性；05添加标题杨氏实验——光的空间相干性。06时间相干性和空间相干性普通光源的相干性普通光源中，受激辐射过程总小于自发辐射过程，相干性较差。获得方法：、用单色仪分光，通过狭缝所得的光，单色性很好，时间相干性很高。、杨氏实验中，光通过极小的开孔（缝），其空间相干性很高，但光强已弱到几乎不能利用三、激光中的衍射损耗激光在谐振腔内振荡的过程中，在光束横截面上形成具有各种不同形式的稳定分布，在光束横截面上的这种稳定分布，称横向模式，即其光强分布不均匀，原因主要是衍射激光的相干性时间相干性空间相干性衍射使激光的能量受到了损失，但却为激光的空间相干性创造了条件。正是由于激光器的衍射作用，使激光的空间相干性提高了。激光的△?非常小，比普通光要小得多，所以激光的相干时间△t很大，即激光的时间相干性很好。8.8非线性光学一、极化强度和极化波原子在光源作用下，正负电中心拉开，被极化成电偶极子单位体积内的原子的极化偶极距矢量和P称电极化强度极化场发射次极电磁波二、线性光学当入射光中的电场强度E远小于原子的内场强时，则光在物质中感生的电极化强度次级辐射与入场光相互替力的结果，决定物质对入射光场的反射，折射，散射等几种不同频率光与物质作用，各频光线性独立，反射