激光原理-激光器基本结构.ppt

激光原理本节课主要内容能级跃迁自发辐射受激辐射受激吸收粒子数反转三能级和四能级激光器基本结构纵模横模按量子力学原理,原子只能稳定地存在于一系列能量不连续的定态中,这些定态称为原子的“能级”;原子能量的任何变化(吸收或辐射)都只能在某两个定态之间进行。我们把原子的这种能量的变化过程称之为跃迁。E1E3E2能级:粒子的内部能量值高能级:能量较高的能级低能级:能量较低的能级基能级:能量最低的能级(相应的状态称基态)激发能级:能量高于基能级的其它所有能级(相应状态称激发态)6::粒子发射或吸收光子的跃迁(满足跃迁选择定则)①发射跃迁:粒子发射一光子ε=hv=E2-E1而由高能级跃迁至低能级;E2E1②吸收跃迁:粒子吸收一光子ε=hv=E2-:既不发射又不吸收光子的跃迁(通过与其它粒子或气体容器壁的碰撞、或其它能量交换过程):粒子在激发态停留时间的平均值τ的典型值:10-7~10-:若某一激发能级与较低能级之间没有或只有微弱的辐射跃迁,则该态的平均寿命会很长(≥10-3秒),称亚稳能级,相应的态为亚稳态。一般,能级寿命10-810-9S如H原子2p态10-8S3p态10-8S亚稳态:如He原子的两个亚稳态能级()10-4S()10-6S高能级低能级热平衡时,单位体积内处于各个能级上的原子数分布玻尔兹曼分布律:ENE2E1N1N2光与物质相互作用的三种过程爱因斯坦为了解释黑体辐射的规律,从量子论观点出发提出辐射与原子相互作用应该包括三种过程:自发辐射受激辐射受激吸收设N1、N2—单位体积中处于E1、E2能级的原子数。单位体积中单位时间内,从E2E1自发辐射的原子数:自发辐射过程(spontaneousradiation)E2E1N2N1h