光的量子性和激光简介(3)

1、关于光的量子性和激光简介(3)现在学习的是第一页，共19页3、玻尔原子模型与爱因斯坦辐射理论、玻尔原子模型与爱因斯坦辐射理论一、原子结构经典理论的困难1、经典原子模型 卢瑟福粒子散射实验证明，原子中心有个很小的核，即原子是由带正电的原子核和带负电的电子组成，它们之间存在着静电的吸引力。按照库仑定律，静电力服从平方反比律，这和天体间的万有引力服从的规律是一样的。所以由经典理论可知：现在学习的是第二页，共19页（1）原子中的电子应象太阳系中的行星绕日旋转那样，围绕着原子核沿圆或椭圆轨道不断地旋转。（2）电子绕核旋转，必须具有一定的动能。动能越大轨道的半径或半长轴就越大；没有动能时，它就会被静电力吸

2、引到原子核上去。（3）电子轨道运动的周期T正比与半径或半长轴a的3/2次方，即T a 3/2（开普勒第三定律）。轨道越小，周期越短。现在学习的是第三页，共19页2、经典理论的困境（1）任何作加速运动的带电粒子都要发射电磁波。而电子沿圆或椭圆的轨道旋转是一种加速运动，它必然要不断地发射电磁波。（2）电磁波要带走一部分能量，这能量来源于带电粒子本身，既然电子不断发射电磁波，其动能不断被消耗掉。如果没有能量补充，每个电子的轨道都要不断缩小，最后被吸引到原子核上去。现在学习的是第四页，共19页（3）若电子运动的周期是T，则它发射的电磁波的周期也是T，或者说，电磁波的频率=1/T。在电子轨道不断缩小的过

3、程中周期不断减小，从大量原子平均来看，它们发射的电磁波谱应是连续的。（4）事实上电子可以在核周围处于无辐事实上电子可以在核周围处于无辐射状态，此外原子的光谱不是连续谱，射状态，此外原子的光谱不是连续谱，而是线状的分立谱。这和经典理论直而是线状的分立谱。这和经典理论直接冲突。接冲突。现在学习的是第五页，共19页二、氢原子光谱中的谱线学二、氢原子光谱中的谱线学1、在长期的研究中人们发现氢原子光谱中可光波段内有一个谱线序列，它们的波长可用下列经验公式表示：现在学习的是第六页，共19页现在学习的是第七页，共19页2、氢原子谱线系现在学习的是第八页，共19页现在学习的是第九页，共19页3、结论现在学习的

4、是第十页，共19页三、玻尔假说1、原子存在某些定态定态，在这些定态中不发出也不吸收电磁辐射能。原子定态的能量只能采取某些原子定态的能量只能采取某些分立的值分立的值E1，E2，En，而不能采取其它值。，而不能采取其它值。这些定态能量的值勤叫做能级能级。2、只有当原子从一个定态跃迁跃迁到另一定态时，才发出或吸收电磁辐射。3、玻尔频率条件：hv= En- Em或v= （ En- Em ）/h4、氢原子的能级应为： En = -hcT（n）= -hcRH/n2 n叫做（主）量子数。5、原子能级中能量最低的叫做基态基态，其余的叫做激发态激发态。现在学习的是第十一页，共19页四、粒子数按能级的统计分布 玻

5、耳兹曼正则分布律 NneEn / kT 在常温的热平衡态下，电气体中几乎全部处于基态. N1 N2现在学习的是第十二页，共19页五、自发辐射、受激辐射和受激吸收现在学习的是第十三页，共19页六、粒子数反转与光放大1、热平衡时，N1 N2，光在介质中传播， 总是受激吸收 占优势, N1N2反转分布（激活介质）。2、在处于反转分布的激活介质中，当有外来光信号输入时，其中v= （ E2- E1）/h的成分就放大了（受激辐射）。七、能级的寿命、稳态与亚稳态 激发态: 10-8 s 亚稳态: 10-3s现在学习的是第十四页，共19页4、激光简介一、激光器原理产生激光有三个主要元素：（1 1）激活介质能经

6、受激发射而使入射光）激活介质能经受激发射而使入射光 强放大；强放大；（2 2）能使激活介质产生粒子数反转的泵）能使激活介质产生粒子数反转的泵 浦装置；浦装置；（3 3）放置激活介质的诣振腔，它增加放）放置激活介质的诣振腔，它增加放 大并实施发射频率的选择。大并实施发射频率的选择。现在学习的是第十五页，共19页二、常见激光器的种类固体激光器（红宝石激光器）气体激光器（氦氖激光器）染料激光器（用在液体中能发出荧光 的有机染料分子 作为激 活剂）半导体激光器现在学习的是第十六页，共19页三、激光的主要特性1、能量高度集中；、能量高度集中；2、时间相干性高、时间相干性高谱线窄，单色性好；谱线窄，单色性好；3、空间相干性好、空间相干性好波前上各点都是相波前上各点都是相 干的。干的。 即一方面激光是定向强光束，另一面即一方面激光是定向强光束，另一面是单色的相干光束。是单色的相干光束。现在学习的是第十七页，共19页四、激光的应用 激光在各个技术领域中的有着广泛应用：激光通讯、激光测距、激光定向、激光准直、激光雷达、激光切削、激光手术、激光武器、激光显微光谱分析、激光受控热核反应等方面，主要