激光原理-八速率方程组与粒子数反转课件

激光原理八.速率方程组与粒子数反转31、园日涉以成趣，门虽设而常关。32、鼓腹无所思。朝起暮归眠。33、倾壶绝余沥，窥灶不见烟。34、春秋满四泽，夏云多奇峰，秋月扬明辉，冬岭秀孤松。35、丈夫志四海，我愿不知老。激光原理八.速率方程组与粒子数反转激光原理八.速率方程组与粒子数反转31、园日涉以成趣，门虽设而常关。32、鼓腹无所思。朝起暮归眠。33、倾壶绝余沥，窥灶不见烟。34、春秋满四泽，夏云多奇峰，秋月扬明辉，冬岭秀孤松。35、丈夫志四海，我愿不知老。NanjingUniversityofInformationScienceeTechnology物理学专业方向选修课激光原理与技术LaserPrincipleTechnology22速率方程组与粒子数反转物理与光电工程学院顾芳回顾:实现粒子数反转的两个必要条件:①工作物质粒子有适当的能级结构②有合适的激励能源在1.5节中进行了定性分析,本节将进行定量分析。速率方程方法以及速率方程的求解步骤速率方程方法:分析粒子系统能否实现反转的一种方法速率方程组:描述各能级粒孑数(密度变化速率的方程组一、成因分析初中生正值青春期，这时候的学生特别需要父母为他们精心导航。然而，现实却是：农村初中学生的不少家长，要么外出打工，让孩子在家留守；要么心有余而力不足，不知道到底该怎么管教自己的孩子。这就导致这些学生出现了一些心理问题：孤独、乖僻、心理失衡、放任自流、辍学厌学、欺瞒师长等。为什么会出现这种现象呢？究其原因，是因为农村初中学生的家长缺少科学的家庭教育的指导。在情感上，家长都重视孩子的教育，然而在现实生活中却往往忽视教育的点点滴滴，如“顶嘴”“自私”“外出逃学”“极端行为”等。长此以往，这对整个社会的发展、未来国家人才的竞争和人口素质的提高，无疑是一个不可低估的不利因素。因此，除了要特别有针对性地疏导这些“特殊家庭”的学生，我们还很有必要根据“家庭教育薄弱，严重影响教育效果”这一特殊现象，针对他们的家长，进行必要的家庭教育指导，努力寻求家庭教育与学校教育形成合力的有效途径，切实发挥学校教育、家庭教育的合力作用，从根本上帮助这些“特殊家庭”当中的“特殊学生”。二、相关策略在教育孩子的问题上，家长与教师应该是同样重要的教育者，是为了共同教育好孩子而结成的教育联盟。只是教师受过专门教育，比家长多一些工作经验。教师应该从平等合作的角度出发，平等地对家长进行家庭教育指导。（一）指导家长努力提高自身素质家长素质主要指的是思想道德品质的好坏，文化科技知识水平的高低，心理品质的健康程度等。1.努力提高思想道德水平家长首先要求自己有高尚的品德，对事业、家庭有高度的责任感；在社会上奉公守法，遵守社会公德，讲究文明礼貌，乐于助人，等等。2.努力提高文化科技知识水平在当今时代，文化科技日益发达，知识不断更新，即使高学历的人如不继续学习，也会跟不上时代的要求。家长努力学习，不仅可以提高科学文化素养，更重要的是可为孩子做出爱学习的好榜样。3.要具备良好的心理素质心理素质主要是指人的性格、情绪、意志、兴趣等个性特征，以及处理人际关系方面的自我调节能力等。家长的情绪对孩子性格的形成有着直接作用。我们常说的“有其父必有其子，有其母必有其女”就是这个道理。家长特别应具备坚韧的毅力，遇到困难敢于碰硬，善于动脑去解决，不达目的不罢休，给孩子树立榜样――因为现在学生最欠缺的不是智力，而是毅力。（二）让家长明白孩子的成长比成才重要前面分析现状时，我们看到，不少家长自己文化水平不是很高，因此他们把希望寄托在了孩子身上，希望他们能够考上高中以至大学。可是，这种美好的愿望在现实生活中不是那么容易实现。家长不能只是一味凭自己的主观臆想，希望孩子能够弥补过去自己没有读多少书的遗憾，应根据孩子的本身条件、目前的文化水平，为他们制定一个切实可行的目标。家长对孩子的期望值应适中，特别是应该切合孩子的实际情况。过高、过低的目标都不利于孩子的成长。（三）指导家长密切配合学校教育家庭教育、学校教育、社会教育是现代国民教育的三大组成部分。在这三部分之中，家庭教育是基础，无论在时间、教育内容、教育方式上都具有优势，是其他两种教育替代不了的。我们也特意提醒家长以及其他监护人关注这个问题。从最终反馈来看，那些能够密切配合学校工作的家长，他们的孩子发展都不错；那些没有配合学校工作的家长，他们的孩子问题就比较多，如上网、进游戏机室、打台球、打架斗殴等。特别是前面提到的“离异家庭”以及“留守学生”，因为缺少得力的监管，相比较而言，更容易出问题。（四）指导家长合理进行批评惩罚1.批评时不能歧视和侮辱孩子家长在批评孩子时不要带侮辱性地谩骂，如“你这个猪头”“你这个傻瓜”等。要知道，我们批评的目的是为了改正孩子的错误行为，而不是为了自己出气。过分的辱骂容易使孩子产生对抗情绪，影响教育的效果。2.批评时要注意态度真诚真诚的态度比一味的指责有效得多，有利于孩子接受批评，改正错误。如“这次考试失败你找过自己的原因吗？”因为孩子会觉得，家长是因为关心他而批评他，而不会认为家长是拿骂他来出气。3.批评时要简明，抓住要害如批评孩子爱看电视而做作业随便敷衍了事时，不要牵扯到不尊重父母等上面去，不要一直唠叨。否则既不利于此次错误行为的纠正，又容易使孩子产生对抗情绪和逆反心理。4.批评要考虑场合处于青春期的孩子特别注重自己的自尊心，因此，家长千万不要在大庭广众之下批评孩子。这样，很容易使孩子产生“破罐子破摔”的想法。（五）指导家长真正读懂自己的孩子处于青春期的孩子“与父母家庭的联系削弱”，所以家长应该学会换位思考，多从孩子的角度去思考他们的问题。父母更要了解孩子，要深入到孩子的内心世界中去：了解他们在想什么，喜欢什么；了解他们平时爱和谁玩耍，玩些什么；周末喜欢什么样的游戏活动，等等。发现孩子的“秘密”，是父母教育孩子基础。难以想象，一个连自己的孩子都不了解的家长能够教育好自己的孩子。另外，家庭教育指导的对象是家长，特别是那些常年在外的“留守学生”的家长，教师不能够像教育学生那么方便，几乎可以随时把他们叫（召集）到身边来指导。这就注定了这种家庭教育指导不可能是系统的，只能是零碎、散乱的，更多的只能是“亡羊补牢”式的后补状态。高中阶段是学生逐步走向独立人生道路的转折点，是一个由半幼稚、半成熟的时期逐步走向独立性和自觉性的成人化的关键时期。要更好教育农村高一学生，必须深刻了解其心理特点。笔者长期从事农村中学教育教学实践，从中体会到农村高一学生具有以下心理特点：独立性与依附性并存心理。伴随着自我意识进一步增强，他们对事物有了自己的见解，要求别人了解、理解和尊重自己。成人感与幼稚性矛盾心理。他们情绪上表现出两极化，可以因为偶尔一次的成功盲目妄自尊大，自以为是，也可能因为一次的失败妄自菲薄，自卑消沉，经常是敢作敢为却又患得患失。青春期的逆反性心理。他们常将父母给予生活上的关照及情感上的爱抚，视为获得独立的障碍，把老师和社会其他成员的指导和教诲也看成是对自身发展的束缚，体现出明显的叛逆性，而且追逐标新立异。松懈性心理。农村高一学生在步入高中后，没有了中考的紧张和压力，在高一学习不努力，得过且过，干什么都没劲，产生了松懈心理。不适应性心理。农村高一学生对高中生活有明显的不适应性。首先是集体生活的不适应。其次是教学方法的不适应。青春期的性心理变化。农村高一学生正处在青春发育期，一些身体的外貌特征如个子的高矮、体态的胖瘦、生理的缺陷甚至是皮肤的黑白、脸上的“青春痘”等都会引起他们的恐惧感、羞怯感、自卑感。针对农村高一学生心理特点及其生活和学习中可能带来的心理问题，作为教育者又该如何应对呢？笔者认为作为家长或教师应当做到以下几点：一是学会尊重，理解接纳。针对农村高一学生的成熟性心理和逆反心理，教育者要学会尊重，正确理解和接纳。绝对不可忽视他们的独立性，不要硬性要求孩子按父母的想法做事，他们有自己的爱好，有自己的处世方式，家长最好给孩子空间，把孩子看成一个独立的个体，从孩子的角度出发，平心静气和孩子一起商量一个两全其美的方法。作为家长要尊重孩子的成人感，尊重他们的成人意识，应给予他们发表自己见解的机会，对孩子的意见、要求应该尊重。教育者要转变角色和观念，将命令式的单向沟通转为平等、探讨式的双向沟通，使孩子在沟通上寻求到平等的地位。二是积极鼓励，正确强化。针对部分农村高一学生出现的自卑心理和不适应性心理特点，教育者应当给予积极的鼓励予以强化。“好孩子是夸出来的。”作为教育者应当给予适时的鼓励，而不是一味批评和责备，甚至是取笑，以免伤害孩子的自尊心和自信心。这种责备和批评容易引起孩子的自卑和无助感，也容易引起孩子和教育者的对抗，形成逆反心理。三是适度挫折，谨防松懈。针对农村高一学生松懈性心理，应当进行适度的挫折教育。在教育过程中，对受教育者进行挫折教育是非常有必要的。因此，在教学中，对学生进行挫折教育是锻炼提高学生潜能的一种很好的方法，同时挫折教育也能调整学生的骄傲情绪和松懈心理。当然，这种挫折应当有一定的限度，并且不是以真正打击学生为目的，而只能是通过这种人为设置的挫折，让学生受到教育，使其明确挫折对自己的作用，并正确认识自己的能力，排除自己的骄傲情绪，戒骄戒躁，从而取得更大的进步。四是注重指导，激发动机。要帮助学生正确认识自我，形成恰当的自我效能感。所谓自我效能感是指个体对自己是否有能力为完成某一行为所进行的推测与判断。有些学生由于对自己的学习能力持怀疑态度，表现出不自信，放弃应有的尝试和努力。教师可以通过为他们选择难易适合的任务，让他们不断获得成功体验来提高自信。同时也可以让他们观察、学习身边和自己水平相当的学生的成功经验，通过替代性经验来强化和提高自信心，增强自我效能感。五是积极关心，正确疏导。针对农村高一学生的心理问题，教育者应给予正确指引和积极疏导，不能过多责备。首先，家长、教师应当密切注意孩子的心理、行为的变化，如心情有无异常，作息习惯是否突然变化，来往的朋友乃至电话书信是不是和以往明显不同等等，以掌握孩子的心理动向，从而采取相应的教育措施，防微杜渐，防患于未然，把工作做在前面。其次，家长、教师在关心的基础上要给孩子适当的教育。其中包括：一、性生理知识的教育，让孩子消除对性的神秘感，让孩子走出性的蒙昧状态；二、人生观、价值观的教育。一方面让孩子把注意力从狭窄的性意识中转移出来，让他们开阔胸怀，提升思想境界，增强理智的力量，淡化性刺激的影响。同时，让孩子了解性仅仅是生活中的一部分，而性活动也应包括情感、文化、审美等一系列丰富的内容。与此同时，还需要引导孩子发展多种兴趣，参加有趣有益的体育、文化活动，以使孩子体内的能量能健康地释放出来并产生积极的效果。即使发现孩子有了“出格”迹象，家长都必须保持冷静，避免做出过激反应，不能以冲动对冲动，而应和颜悦色地进行疏导。总之，农村高一学生的心理特点及教育是一个复杂的课题，需要教育工作者不断探索、研究。只有更多地了解他们的心理特点，才能在教育教学中做到有的放矢，达到事半功倍的效果。（江西省吉安县立中学）NanjingUniversityofInformationScienceeTechnology物理学专业方向选修课激光原理与技术LaserPrincipleTechnology22速率方程组与粒子数反转物理与光电工程学院顾芳回顾:实现粒子数反转的两个必要条件:①工作物质粒子有适当的能级结构②有合适的激励能源在1.5节中进行了定性分析,本节将进行定量分析。速率方程方法以及速率方程的求解步骤速率方程方法:分析粒子系统能否实现反转的一种方法速率方程组:描述各能级粒孑数(密度变化速率的方程组速率方程的求解步骤:(1)列出速率方程:=…(i=1,2,…m)m是参与光和物质相互作用的能级数。若粒子有m个能级,则可列出m个方程,其中(m-1)个独立(2)求出速率方程的稳定解(数学解):求出稳态下(=0)各能级的粒子数,或比值其中n;,n分别是激光上能级和下能级上的粒子数。稳态-…达到动态平衡时,稳态下各能级粒子数密度不再变化即当=0)。(3)确定粒子数反转即>1)的物理条件物理解)22速率方程组与粒子数反转221三能级系统和四能级系统222速率方程组223稳态工作时的粒子数密度反转分布224小信号工作时的粒子数密度反转分布22.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布22.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应221三能级系统和四能级系统双能级系统及其速率方程1、能级图E规定:实线箭头代表辐射跃迁WW2A2/21虚线箭头代表非辐射跃迁E其中:W12:受激吸收几率(激励几率W2:受激辐射几率WA2:自发辐射几率2:非辐射跃迁几率非辐射跃迁胤予在不同能级跃亞时葬不哗随光子的辐射或吸收,而是把多余的能量传给了列的原子或吸收列的愿子传给它的能量,所从不存在迷择定则的制。2、速率方程:双能级系统只有1个独立的速率方程方程中的每一项:某一过程的几率与该过程始态能级上的粒子数乘积等于该过程导致的粒子数变化率能级E2上粒子数密度的变化率为dn2=W14-W2/n2-A212-O21n2E1第一项:受激吸收引起的n2的増加率,取正号过程几率与过程始态上粒子数的乘积);第二项:受激辐射引起的n2的减少率,取负号;第三项:自发辐射引起的n2的减少率取负号;第四项:非辐射跃迁引起的n2的减少率取负号。若设81=82,则W12=W2=W,速率方程变为hdtW(n1-n2)-A23、稳定解数学解:稳态下如2=0,故dtW+A21+可见:对二能级系统,一般总有n2<n;仅当受激吸收几率很大时W2>A21+m21)n2→>n14结论:在光频区,双能级系统不可能实现粒子数反转二、实现上下能级之间粒子数反转产生激光的物理过程:三能级系统图红宝石激光器非轾射跃迁E2hE1(a)三能级系统其中E1:基态能级,又是激光下能级,也是抽运能级。E2:激光上能级,是亚稳能级(O21小E3:抽运能级,非辐射跃迁几率大(o32大)其主要特征是激光的下能级为基态,极易积累粒子(几乎聚集了所有粒子),发光过程中下能级的粒子数一直保存有相当的数量对抽运的要求很高。所以不易实现粒子数反转2、四能级