(本科）物理学第七版15-11 激光.ppt

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1、课程主讲人：物理学第七版15-11 激光第十五章第十五章 量子物理量子物理*15-11 15-11 激光激光物理学第七版2 原子在没有外界干扰的情况下，电子会由处于激发态的高能级自动跃迁至低能级，这种跃迁成为自发跃迁. 由自发跃迁而引起的光辐射称为自发辐射.一一 自发辐射自发辐射 受激辐射受激辐射 1 自发辐射自发辐射第十五章第十五章 量子物理量子物理*15-11 15-11 激光激光物理学第七版3 当原子中的电子处于低能级时，若外来光子的能量恰好等于高能级与低能级的能量差，那么原子就会吸收光子的能量，并从低能级跃迁到高能级，这个过程称为光吸收. 2 光吸收光吸收第十五章第十五章 量子物理量子

2、物理*15-11 15-11 激光激光物理学第七版4 当原子中的电子处于高能级 时，若外来光子的频率恰好满足 ，此时，原子中处于高能级 的电子，会在外来光子的诱发下向低能级 跃迁，并发出与外来光子一样的特征的光子，这个过程称为受激辐射. 3 受激辐射受激辐射2E21hEE2E1E第十五章第十五章 量子物理量子物理*15-11 15-11 激光激光物理学第七版5 如果这两个光子再引起其他原子产生受激辐射，就能得到更多的特征完全相同的光子，这个现象称为光放大. 由受激辐射得到的放大了的光是相干光，称为激光.第十五章第十五章 量子物理量子物理*15-11 15-11 激光激光物理学第七版6 原子中的

3、电子处于能级 的数目 为二二 激光原理激光原理 1 粒子数正常分布和粒子数布居反转分布粒子数正常分布和粒子数布居反转分布iEiN/eiE kTiNC 原子中的电子处于能级 和 的数目之比为1E2E12()/12/eEEkTNN第十五章第十五章 量子物理量子物理*15-11 15-11 激光激光物理学第七版7 正常情况下，处于低能级的电子数大于高能级的电子数，这种分布叫做粒子数的正常分布. 如果处于高能级上的电子数大于在低能级上的电子数，叫做粒子数布居反转分布，或者布居发转. 粒子数反转是实现受激辐射，得到光放大的必要条件.第十五章第十五章 量子物理量子物理*15-11 15-11 激光激光物理

4、学第七版8 为了使工作物质实现粒子数反转，可以从外界输入能量，把低能级的原子激发到高能级上去，这个过程叫做激励. 但是，仅仅从外界进行激励是不够的，还必须选取能实现粒子数反转的工作物质.红宝石中络离子能级第十五章第十五章 量子物理量子物理*15-11 15-11 激光激光物理学第七版9 2 光学谐振腔光学谐振腔 激光的形成激光的形成 光在粒子数反转的工作物质中传播时，得到光放大，当光到达反射镜时，又反射回来穿过工作物质，进一步得到光放大. 这样往返地传播，使谐振腔内的光子数不断增加，从而获得很强的光，这种现象叫做光振荡.第十五章第十五章 量子物理量子物理*15-11 15-11 激光激光物理学

5、第七版10三三 激光器激光器 1 氦氖气体激光器氦氖气体激光器氦氖激光器输出方式连续，单色性好，结构简单，使用方便，成本低.第十五章第十五章 量子物理量子物理*15-11 15-11 激光激光物理学第七版11 2 红宝石激光器红宝石激光器 红宝石激光器发出脉冲光，波长为694.3nm. 棒长10cm、直径1cm的红宝石激光器，每次脉冲输出能量10J，持续时间1ms，平均功率为10kW.第十五章第十五章 量子物理量子物理*15-11 15-11 激光激光物理学第七版12当前激光器的进展当前激光器的进展1. 1. 扩展了激光的波长范围扩展了激光的波长范围2. 2. 激光的功率大大提高激光的功率大大

6、提高3. 3. 激光器已能实现小型化激光器已能实现小型化峰值功率已达到峰值功率已达到1GW连续功率已达连续功率已达10kW，脉冲功率可达，脉冲功率可达410 W长度尺寸可以小到长度尺寸可以小到 数量级数量级610 m第十五章第十五章 量子物理量子物理*15-11 15-11 激光激光物理学第七版13四四 激光器的特性和应用激光器的特性和应用 1 方向性好方向性好 3 能量集中能量集中 2 单色性好单色性好 4 相干性好相干性好第十五章第十五章 量子物理量子物理本章目录本章目录物理学第七版14选择进入下一节：选择进入下一节：15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设1

7、5-4 15-4 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论15-3 15-3 康普顿效应康普顿效应15-2 15-2 光电效应光电效应 光的波粒二象性光的波粒二象性15-015-0 教学基本要求教学基本要求第十五章第十五章 量子物理量子物理本章目录本章目录物理学第七版1515-8 15-8 量子力学简介量子力学简介15-9 15-9 氢原子的量子理论简介氢原子的量子理论简介 *15-10 15-10 多电子原子中的电子分布多电子原子中的电子分布*1515-5 -5 弗兰克弗兰克- -赫兹实验赫兹实验15-6 15-6 德布罗意波德布罗意波 实物粒子的二象性实物粒子的二象性15-7 15-7 不确定关系不确定关系 选择进入下一节：选择进入下一节：第十五章第十五章 量子物理量子物理本章目录本章目录物理学第七版16选择进入下一节：选择进入下一节：*1515-11 -11 激光激光*1515-12 -12 半导体半导体*1515-13 -13 超导电性超导电性*1515-14 -14 扫描隧穿显微镜扫描隧穿显微镜*1515-15 -15 纳米材料简介纳米材料简介