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第九章光的量子性和激光§1、玻耳原子模型与爱因斯坦辐射理论自发辐射、受激辐射和受激吸收1916年爱因斯坦首先提出光的吸收和发射的三种基本过程。自发辐射的爱因斯坦关系：自发辐射的爱因斯坦系数和自发辐射的跃迁几率。受激辐射的爱因斯坦关系：受激辐射的爱因斯坦系数：受激辐射的跃迁几率单位时间内由跃迁到的粒子总数：爱因斯坦系数之间的关系单位时间内由跃迁到的粒子总数：达到细致平衡（每对能级之间粒子的交换都达到平衡）时即：

达到热平衡状态时有：且：

将上两式代入公式：对应系数分别相等得：

讨论：（1）受激辐射和受激吸收的跃迁几率相等（2）越难激发上去的能级，自发跃迁下来的几率越小。（3）爱因斯坦系数是原子本身的属性，与原子按能级的分布状况无关。因此，虽然两个公式是在细致衡条件下得到的，但适用于普遍情况。（4）上述的爱因斯坦辐射理论为激光的发明奠定了理论基础粒子数反转与光放大1）粒子数反转若受激吸收与受激辐射同时发生（1）若，表现为光的吸收或光损耗。由上式可知：（2）若，，表现为光的放大或光增益，称为粒子数反转。

此时，新增加的光子状态与入射光子状态全同，可以实现受激辐射放大或称光的相干大。2）抽运过程（5）粒子数反转体系是非热平衡体系，抽运过程是非平衡过程。（1）定义：将粒子的低能级状态转化成高能级状态的过程（2）所需激励能量：由外界能源提供（如光辐射、放电、化学反应等）。（3）抽运过程是实现粒子数反转的不可缺少的过程（4）实现粒子数反转是产生激光的首要条件能级寿命1）定义：

粒子在某能级上停留的平均时间，称为在该能级上的平均寿命或寿命。2）自发辐射的衰减公式设：

（3）

是上粒子数减少到（36％）经历的时间。（2）

具有时间倒数的量纲（4）

反映了粒子平均在上停留时间的长短，称为平均寿命或寿命。（1）愈大，减少愈快，留在上的粒子数愈少。讨论（3）亚稳态：长寿命的激发态，，甚至。（2）实际寿命：粒子间碰撞或其它外界干扰形成的寿命,比自然寿命（）小几个数量级。（1）（自然）寿命：上只与自发辐射过程对应的寿命，3）双能级粒子体系的能级寿命设、

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