光学与原子物理光学

1、上节小结爱因斯坦的光子假说光电效应存在饱和电流加速电压不变情况下, 饱和电流与光强成正比,即n与光强成正比.初始最大动能不变.入射光强改变, 截止电压不变,则光电子存在截止频率(红限 ).久,都不会有光电子产生.即不论入射光强多大,也不论照射多驰豫时间只要 驰豫时间小于 存在反向截止电压截止,康普顿效应规律量子解释X光子与自由电子间弹性碰撞.光的波粒二象性谱线的产生：X光子与原子质量很大的内层束缚电子碰撞.电子碰撞前可能处于各种状态散射光连续分布.光与物质的相互作用自发辐射随机性；受激辐射称为自发辐射系数(自发辐射概率).与特定的能级有关.发射一个与入射光子完全一样的光子.为受激辐射概率.受激

2、吸收为受激吸收概率.在热平衡条件下, 爱因斯坦关系本节要点激光的产生条件激光的单色性激光器简介激光的特点与应用7-2 激光的产生条件一、粒子数反转克服受激辐射和受激 吸收的矛盾问题的解决：受激吸收 受激辐射 若 泵浦源 亚稳态（mss）三能级系统二、光学谐振腔解决受激辐射和自发辐射的矛盾问题的解决：受激辐射 自发辐射 若 即 （阈值） 增益介质使得轴向传播光子因受激辐射得到放大,而偏离轴向的自发辐射光子很快地逸出介质.光学谐振腔对光束的方向具有选择性.7-3激光的单色性一、由激活介质辐射决定的线宽自然宽度自然寿命 粒子在激发态 停留的平均时间.粒子持续发射波列的时间,即相干时间自然宽度若自然寿

3、命 谱线宽度根据量子力学不确定关系可知,由于原子 在激发态上有一定的平均寿命 ，因而原 子在激发态上的能量就不是一个确定值, 而是有一定的自然宽度 两者的关系为对应能级E;对应能带 若能级 与 的自然宽度分别为 因此, 跃迁的谱线宽度若 为基态,则 则碰撞展宽非弹性碰撞：加速激发态上的原子向低能级跃迁,这相当于缩短了能级的寿命,这一过程纵向驰豫过程；弹性碰撞：不改变激发态的寿命,但能够使原子正在发射的一列波中断分为二列波,从而使波列变短,这一过程横向驰豫过程.多普勒展宽即使每个原子发出光波的频率 都相同, 但是每个原子的热运动速度不同,观察到光波的频率不相同.气体：多普勒展宽最大.谱线宽度：

4、两点处频率间隔.二、光学谐振腔的选频谐振腔的纵模多光束干涉极大的条件：相邻纵模的频率间隔为等间隔. 纵模的个数若 ,得到单模输出； 若 ,得到多模输出.7-4激光器简介（1960）分类：按工作介质的材料分：气体激光器、固体激光器、半导体激光器、染料激光器.按工作方式分：连续、脉冲、调Q、超短脉冲激光器(脉宽可达到 基本组成固体激光器红宝石激光器：工作物质 （基质）中掺入 由 产生激光.能级 是亚稳态. 氦氖激光器经千伏电压加速的电子与氦原子碰撞，把能量传递给氦原子.氦原子与氖原子碰撞，把能量传递给氖原子,产生2S态和3S态氖原子.氖原子2S态和2P态之间，3S态和3P态之间产生粒子数反转，产生激光跃迁.7-5 激光的特点与应用方向性好，亮度高.激光束的发散角可以小到 红宝石激光器：输出功率 太阳大几千倍.亮度比在百分之几千分之几毫米范围内产生几百万度的高温和几百万个大气压.测量地月距离误差不超过1.5m.单色性好.一般原子光谱的相干长度仅几个厘米, 最好的 谱线宽度 相干长度也只有78cm左右. 氦氖激光器 谱线宽度可小到 相干长度可达几十公里.空间相干性好为了使空间相干的区域大，即 大,面光源宽度b要小