激光原理激光器基本结构学习教案.pptx

会计学
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激光原理(yuánlǐ)激光器基本结构
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按量子力学原理，原子(yuánzǐ)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(yuánzǐ)的“能级”；原子(yuánzǐ)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(yuánzǐ)的这种能量的变化过程称之为跃迁。
E1
E3
E2
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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

5
1
2
3
4
n
激发态
基态(jī tài)
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5
辐射跃迁和非辐射跃迁
: 粒子由一个能级(néngjí)过渡到另一能级(néngjí)的过程
: 粒子发射或吸收(xīshōu)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(guāngzǐ)ε = hv=E2－E1而由高能级跃迁至低能级;
E2
E1
②吸收跃迁: 粒子吸收一光子ε=hv=E2－E1 而由低能级跃迁至高能级.
E2
E1
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6
: 既不发射又不吸收光子的跃迁(通过与其它(qítā)粒子 或气体容器壁的碰撞、或其它(qítā)能量交换过程)
τ : 粒子(lìzǐ)在激发态停留时间的平均值τ的
典型 值: 10-7～10-9秒
:若某一激发能级与较低能级之间没有(méi yǒu)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  10-9 S
如H原子 2p态   10-8 S
3p态   10-8S
亚稳态：如He原子的两个亚稳态能级
()   10-4 S
()   10-6 S
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高能级(néngjí)
低能级(néngjí)
热平衡时，单位体积(tǐjī)内处于各个能级上的原子数分布
玻尔兹曼分布律:
E
N
E2
E1
N1
N2
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光与物质相互作用的三种(sān zhǒnɡ)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(tí chū)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
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设 N1 、N2 — 单位体积(tǐjī)中处于E1 、E2 能级的原子数。
单位(dānwèi)体积中单位(dānwèi)时间内， 从E2  E1自发辐射 的原子数：
自发辐射(zì fā fú shè)过程(spontaneous radiation)
E2
E1
N2
N1
h
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写成等式(děngshì)
Ａ21 自发辐射系数，单个原子在单位时间内发生自发辐射过程(guòchéng)的概率。
各原子自发辐射的光是独立(dúlì)的、 无关的 非相干光 。
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