激光原理第一章第一节

1、第一章 辐射理论基础概要 与激光产生(chnshng) 的条件实验中采用(ciyng)大功率(1014KW)钕玻璃激光器核聚变实验的六路真空靶室共十四页11 光的波粒二象性一. 光的发展(fzhn)简史1. 牛顿和惠更斯与光的理论(lln)学说 牛顿在1669年提出光的“微粒说”.他认为光是从光源发 出的一种光微粒流,具有直线传播的性质.光微粒流有弹性,并且能被某些物质吸收.光微粒流遇到物质时,如果不被吸收,就会被弹回来. 惠更斯在1678年提出光的“波动说”.他认为光从一处传播到另一处,是和水波类似的波. 这两学说在相互争论中发展,一直持续了200多年,牛顿的微粒说能圆满地解释光的直线传播、

2、反射等现象,因而在很长一个时期内占统治地位.但后来人们又在实验中发现,微粒说不能解释光的干涉、衍射等现象.这就促使科学家们去探索新的答案.共十四页 2. 麦克斯韦建立了光的电磁(dinc)理论 19世纪初,电的发明和应用,将人类带进了电器时代。1863年英国物理学家麦克斯韦，以库仑、安培、法拉第在电学上的发现为基础作了进一步发展，创立了电磁波理论。其要点是：变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，二者交替(jiot)产生由近及远的传播，既电磁波。并建立了著名的麦克斯韦方程。1887年赫兹用实验的方法产生了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁波理论。1901年俄国物理学家列别捷夫用实验测定了光压，结果与

3、电磁理论十分相互，从而进一步巩固了光的电磁理论，麦克斯韦电磁波的传播速度上有限的 ，其速度在真空中为每秒30万公里，与光速一样，从而确认了光波也是电磁波。 应用光的电磁波理论,基本上能比较完满地解释光的发射、折射、干涉、衍射、偏振、双折射等与光的传播性有关的一系列重要现象。共十四页3. 爱因斯坦站在了巨人(jrn)肩膀上 电磁波理论虽然使光的波动说一度占领了光学领域，但19世纪末，实践中遇到的光与物质相互作用的许多 现象却无法解释，如黑体辐射、光的吸收与发射、光电效应、光化学反应等。1905年，爱因斯坦发展了普朗克的量子假说，在一种全新的物理(wl)意义上提出了光子学说。 光在本质上是由一些具

4、有确定能量和动量的物质微粒光量子或光子所组成，而光子的能量和动量的数值，与一定的光的频率或波长相对应，即 爱因斯坦认为光子既是粒子、同时又是波。光在与物质相互作用时粒子性明显，光在传播中则波动性突出。光的这种粒子性和波动性相互对立又并存的性质，叫做光的“波粒二象性”。共十四页二. 光的波粒二象性1、光波(gungb)波长为4000埃7600埃的电磁波电磁波-电磁场是E和B的振动(zhndng)由近及远传播的过程ZXY电矢量叫做光矢量,光波是横波.对电磁场-用经典电动力学的Maxwell方程组描述共十四页（1） 线偏振光 偏振光（线偏振光）符号表示光振动(zhndng)只沿某一固定方向的光 .振

5、动面(2)自然光z传播方向共十四页（3） 光速、频率(pnl)和波长三者的关系(a)波长:振动状态在经历(jngl)一个周期的时间内向前传播的距离。(b)光速(c)频率和周期：光矢量每秒钟振动的次数(d)三者的关系在真空中 各种介质中传播时，保持其原有频率不变，而速度各不相同 共十四页（4） 单色平面波 波面相位相同的空间(kngjin)各点构成的面平波面波面是彼此(bc)平行的平面,且在无吸收介质中传播时,波的振幅保持不变。ZXY单色平波面具有单一频率的平面波。实际上任何光波都不可能是全单色的，总有一定的频率宽度。当vv0时，就叫准单色波。 共十四页ZXY简谐波理想(lxing)单色平面波.

6、简谐振子模型(mxng) 两式统一写成.简谐波方程光波具有时间周期性和空间周期性 电磁波的传播共十四页.简谐波波矢空间(kngjin)角频率波矢k是一个矢量，方向沿着(yn zhe)光线传播的方向。.光波模以某一波矢 为标记的驻波在激光理论中，光波模是一个很重要的概念。麦氏方程的解特解：单色平面波。通解：一系列单色平面波的叠加。自由空间中的电磁波:任意波矢的平面波均可以存在! 受边界条件限制空间的电磁波：一系列独立的具有特定波矢 的平面单色驻波。即只允许驻波光模式存在！一种模式是电磁波运动的一种类型，不同模式以不同的k 区分。共十四页2、 光子(gungz)引言：爱因斯坦断言：光是由光子(gu

7、ngz)组成（一）.光子的基本性质 一定种类的光子的能量,与一定的光的频率相对应= h v v 光的频率 h 普朗克常数 .一定种类的光子的质量可表达为考虑相对论要求m0 光子的静止质量 光子的速度对于光子 m0 = 0 =c共十四页.一定种类的光子具有(jyu)动量P,与一定的光的频率和传播方向相联系n0 光子(gungz) 行进方向上的单位矢量k 平面波的波矢，它表示2长度内含有的“完整”波的数目. 一定种类的光子,具有一定的偏振状态.(同一状态的 光子具有相同的偏振状态。）. 光子具有自旋,故光子是“玻色”子。（即处于）相同状态的光子数目是无限制的。共十四页从波动的观点得到光的模式，与从光子的观点得到光子的量子(lingz)状态是相同，两者在概念上是等效的。共十四页内容摘要第一章 辐射理论基础概要。11 光的波粒二象性。电磁波-电磁场是E和B的振动由近及远传播的过程。偏振光（线偏振光）。(a)波长:振动状态在经历一个周期的时间内向前传播的距离。实际上任何光波都不可能是全单色的，总有一定的频率宽度。波矢k是一个矢量，方向沿着光线传播的方向。自由空间中的电磁波:任意波矢的平面波均可以存在。一种模式是