激光的物理基础

一、相干性的光子描述

1.光子的基本性质

（1）光子的能量ε与光波频率ν对应------ε=hν

（2）光子具有动质量------m=ε/c2

但没有静质量

（3）光子的动量P与单色平面光波的波矢k对应p=mc n0=（hν/c）n0=h k

k=(2pi/λ)n0

（4）光子具有两种可能的独立偏振状态，对应光波场的两个独立偏振方向。

（5）光子具有自旋，其自旋量子数S=1为整数(电子自旋量子数S=1/2或S=-1/2为半整数故为费米子)，故光子为玻色子，它的状态的分布集合服从量子统计中玻色-爱因斯坦(Bose-Einstein)统计规律,即处于同一状态中的光子数目是没有限制的。

2、从波动观点推导光波模式数

在光频域，一种光的模式对应Maxwell方程组的一个特解，代表具有一定偏振、一定传播方向、一定频率和一定寿命的光波。

对于封闭的有限空间，这种模式，实际上就是存在于该空间体积内的各种不同频率的驻波。

（1）偏振和频率一定，因传播方向不同，可能存在的模式数目g----------瑞利判据

（2）传播方向和偏振一定，频率不同可能存在的模式数目-----------测不准关系

（3）偏振状态不同，而可能存在的模式数--------------------

互相垂直的两个线偏振态是描写光偏振特性的两个独立的偏振状态，因此将（1）*（2）*2=g/V

3、从粒子的观点讨论光波的状态数

光子的动量与坐标之间存在海森堡测不准关系

（1）在频率ν—ν+Δν间隔内，因光子的动量不同，所可能存在的状态数g

综上所述：2 3 结果一致：光子态与光波模式等价关系

定义：单色模密度m v

4、光波模式与光子的量子状态

式中Δm=Δn=Δq=1。可见，一种光波模式在相空间也占一个相格h，所以光波模式和光的量子状态在物理概念上是等效的，模式表示光波在时空中存在的形态，即代表可以相互区分的光子的量子状态。

5、光子的相干性

光的相干性：在不同时刻光波场的某些特性（例如光波场的相位）的相关性。

相干长度定义式为Δc=λ^2/Δλ，是指具有一定谱宽的光源能够发生干涉的最大光程差，其中Δλ是光源的光谱宽度

（1）相格空间体积以及一个光波模式或光子态占有的空间体积都等于相干体积。

（2）属于同一量子状态的光子或同一模式的光波是相干的，不同量子状态的光子或不同模式的光波是不相干的。

光源单色性能参数

1、定义

6、光子的简并度

（1）热平衡状态下的光子简并度

光子属于玻色子，其分布遵循Bose-Einstein统计规律，即于同一量子态的光子个数无限制。当体系处于热平衡状态时，n个光子中出现在能量为εi = hνi 状态的最可几的光子数目为

（2）非热平衡状态下的光子简并度与光源的单色亮度

在非热平衡状态下，光子的分布规律一般无法表达。

可粗略估算每个状态内平均光子数的近似值

Bν为光源的光辐射单色定向亮度，即光源通过垂直于传播方向单位截面、单位频率宽和单位立体角内所辐射的光功率。

二、物质辐射

（1）.黑体辐射的普朗克公式

(2)原子能级与玻尔兹曼分布

(3)自发辐射、受激吸收和受激辐射

自发辐射：处于高能级E2上的原子，总是会自发地跃迁到低能级E1上，伴随着辐射出一个频率为n 的光子。

P.S.：自发辐射是随机过程，处于高能级的各原子随时地、独立地向低能级自发跃迁，发射的光子形成一个个相位、偏振态和传播方向均彼此无关的波列，因而是非相干的。

受激吸收：处于低能级E1上的原子，受到频率为n的外来入射光照射时，有可能

吸收一个光子的能量hν而跃迁到相应的高能级E2上.

P.S.：处于高能级E2上的原子，在受到频率ν正好满足hν=E2-E1的入射光子的作用时，有可能自所处高能级E2跃迁到低能级E1上，并辐射一个同频率的光子。

受激辐射：处于高能级E2上的原子，在受到频率ν正好满足hν=E2-E1的入射光子的作用时，有可能自所处高能级E2跃迁到低能级E1上，并辐射一个同频率的光子。

说明：①与自发辐射不同，受激辐射光子与入射光子具有相同的模式，即同频率、同相位、

同偏振态，因而是相干的。

②受激辐射与受激吸收互为逆过程，两者同时发生，同时存在。

（4）爱因斯坦公式

①自发辐射过程的粒子数变化规律：dn21 = A21n2dt 自发辐射跃迁几率A21

意义:原子体系单位时间内从高能态E2跃迁到低能态E1的粒子总数dn21/dt只与E2态上的粒子数n2成正比，与辐射场无关。

②受激辐射与受激吸收过程的粒子数变化规律

意义：原子体系单位时间内从始态到终态跃迁的粒子数，除了与始态上的粒子数有关外，还与能量等于两能级差的入射光子数密度ρ(ν)成正比

③吸收与辐射的守恒性：

推导爱因斯坦公式

(5)光和物质相互作用的几种处理方法

①经典理论

将光频电磁场与组成工作物质的原子体系均采用经典物理模型描述，即用经典

Maxwell方程组描述光频场，以经典电偶极子描述原子，光与原子的相互作用归结

为电磁场与电偶极子之间的作用，整个经典辐射理论体系属于电动力学范畴。它是

处理谐振腔与激光传输等问题的理论基础，能定性地解释原子的自发辐射及线宽、

光的吸收和放大等光与物质相互作用的现象。同时在描述非共振相互作用时也有一

定作用，如自由电子激光器完全可用运动电子电磁辐射的经典理论描述之

②半经典理论

将光频电磁场视为满足Maxwell方程组的经典电磁场，而将工作物质原子之中的电

子视为服从量子力学规律的微观粒子。激光场与原子的作用归结量子力学中的微

扰。它能解释激光的增益饱和、频率牵引与推斥、多模耦合与模式竞争、位相锁定、增益曲线的烧孔效应、拉姆凹陷及非稳运转等，但不能反映自发辐射的产生、激光

振荡的线宽极限、噪声和相干性等与场量子化特性有关的规律特征。再者，其数学

处理也较复杂。

③速率方程理论

它把光频电磁场看成量子化的光子，把物质体系看成具有量子化能级的粒子体系，

忽略光子的相位和数量涨落起伏的特征，是全量子理论的一种简化形式。其理论基

础是爱因斯坦关于光的自发辐射、受激辐射和受激吸收等唯象理论。本课程以速率

方程为重点，讨论激光产生的条件和输出功率等问题。

综上所述，激光理论可表示成下述形式：

三、激光器的构成思想

●受激辐射过程，是激光形成的物理基础

●受激辐射光子与入射光子具有相同的模式，即同频率、同相位、同偏振态，因而是相干

的

●受激辐射与自发辐射：

由下：W21/A21=简并度，因此要想激光形成，就必须使受激辐射远远超过自发辐射，即W21>>A21，或者说就必须提高光子简并度δ。

φ光子数密度，nν为单位体积单位频率

宽度内的模式数。

●受激吸收与受激辐射：

爱因斯坦证明，正常情况下两种过程发生的可能性是相等的，若上能级粒子数较多，则受激辐射的可能性占优势，反之，则受激吸收占优势。

(1) 必须有激光工作物质----针对受激辐射与自发辐射的关系

要使W21>A21，就要提高光子数密度，这就必须有能产生光子的激光工作物质。选择具有适当能级结构的工作物质，在工作物质中能形成粒子数反转，为受激辐射的发生创造条件；

(2) 必须增加一个激励系统----针对受激辐射与自发辐射的关系

在热平衡条件下，物质下能级的粒子数远远多于上能级的粒子数。也就是说，在热平衡条件下，工作物质不但对光无放大作用，而且因吸收的光子超过受激辐射的光子，将使得光子数密度不增加反而减少，所以，还必须要增加一个激励系统，工作物质在激励系统的作用下，打破了热平衡情况下工作物质粒子的玻尔兹曼分布，形成n2>n1的非平衡状态的反转的粒子数分布，从而使得工作物质对光子的吸收为主变为对光子的放大超过吸收，使得轴向光波模式获得了极高的光子简并度，从而实现W21>A21。

(3) 必须有谐振腔----针对受激吸收与受激辐射的关系

光子数密度φ=φ0eGz式中，φ0是z=0处光子数密度，z为光通过工作物质的总长度。由于各种原因，激光工作物质不可能做得很长，若让光多次通过激光工作物质，这即等效于加长了激光工作物质φ=φ0eGml，式中l为工作物质的长度，m为通过工作物质的次数。可见，通过工作物质的次数越多，光子数密度φ越大，这就需要一个提供反馈的光反射装置，即由两面反射镜组成的谐振腔。

四、激光器的组成

通常激光器的构成是：工作物质、谐振腔和激励系统三部分构成。

在激光腔内加入激光工作物质，并用激励系统泵浦使其处于激活状态（粒子数反转分布状态），当光在谐振腔内往返传播时，非轴向光将很快损耗掉，而沿轴向传播的光将不断地放大，很快形成极强的激光振荡而输出。

五、激光特性和激光器的分类

激光的特性（一般通称为激光的四性）

（1）方向性：激光束的方向性比普通光源发出的光好的多，主要是由于激光器受激辐射的机理和光学谐振腔对光束的方向限制所决定的。同时，激光所能达到的最小光束发散角还要受到衍射极限的限制，他不能小于激光通过输出孔径的衍射角θm，θm为衍射极限。

（2）单色性

（3）能量集中

（4）相干性

激光工作物质按其状态划分可分为：固体、气体、液体、半导体、有机物质、光纤、高能电子和原子等类型，

按其内部的粒子分布状态是属于热平衡状态下的玻尔兹曼分布(Boltzmen distribution)，还是非平衡状态下粒子数反转分布，又将其分为：非激活工作物质和激活工作物质。

对激光物质的基本要求是：光学均匀性好，对激光波长光学透明性好，荧光量子效率高，物理化学性能稳定，使用寿命长，导热系数大，破坏阈值高及制造工艺简单等。

激光切割基础知识

激光切割加工基础知识第一部分激光切割的原理和功能一、激光切割的原理激光切割是由电子放电作为供给能源，通过 He 、N 2、CO 2 等混合气体为激发媒介，利用反射镜组聚焦产生激光光束，从而对材料进行切割。激光切割的过程：在数控程序的激发和驱动下，激光发生器内产生出特定模式和类型的激光，经过光路系统传送到切割头，并聚焦于工件表面，将金属熔化；同时, 喷嘴从与光束平行的方向喷出辅助气体将熔渣吹走；在由程控的伺服电机驱动下，切割头按照预定路线运动，从而切割出各种形状的工件。图1：激光切割示意图二、机床结构 SLCF-X15×40F 数控激光切割机是意大利普瑞玛（PRIMA ）工业公司的主导机型——悬臂式飞行光路结构的激光切割机，加工板材尺寸为1500×4000毫米，配有交换工作台。（一）该机型的主要特点如下： ● 悬臂式开式结构，可从三个方向上下料，人机接近性极好，可放置超长超宽的板材。 ● 可移动式切割工作台与主机分离，柔性大。可加装焊接、切管等功能。 ● 精密传动部件不在切割区域内，防护容易，也不会由于工作台及床身切割热变形影响机床的精度。 ● 从根本上消除了电器双边同步锁产生的误差，避免了横梁的扭动，使得光路稳定，切割精度提高。 ● 配有高速的Z 轴系统，同时可通过数控系统控制辅助气体的压力、流量等，大大提高了加工效率。 ● 新型的PM —400V2.0智能化编程软件，具有蛙跳、共边切割、优化套排料、高效穿孔、尖角处理等功能。 ● 具有先进的多腔分室除尘系统，比单纯的抽风系统除尘效果更高。 1—激光器；2—激光束；3—全反射棱镜；4—聚焦物镜；5—工件；6—工作台

激光切割加工基础知识

激光切割基础知识第一部分激光切割的原理和功能一、激光切割的原理激光切割是由电子放电作为供给能源，通过 He 、N 2、CO 2 等混合气体为激发媒介，利用反射镜组聚焦产生激光光束，从而对材料进行切割。激光切割的过程：在数控程序的激发和驱动下，激光发生器内产生出特定模式和类型的激光，经过光路系统传送到切割头，并聚焦于工件表面，将金属熔化；同时, 喷嘴从与光束平行的方向喷出辅助气体将熔渣吹走；在由程控的伺服电机驱动下，切割头按照预定路线运动，从而切割出各种形状的工件。图1：激光切割示意图二、机床结构 SLCF-X15×40F 数控激光切割机是意大利普瑞玛（PRIMA ）工业公司的主导机型——悬臂式飞行光路结构的激光切割机，加工板材尺寸为1500×4000毫米，配有交换工作台。（一）该机型的主要特点如下： ● 悬臂式开式结构，可从三个方向上下料，人机接近性极好，可放置超长超宽的板材。 ● 可移动式切割工作台与主机分离，柔性大。可加装焊接、切管等功能。 ● 精密传动部件不在切割区域内，防护容易，也不会由于工作台及床身切割热变形影响机床的精度。 ● 从根本上消除了电器双边同步锁产生的误差，避免了横梁的扭动，使得光路稳定，切割精度提高。 ● 配有高速的Z 轴系统，同时可通过数控系统控制辅助气体的压力、流量等，大大提高了加工效率。 1234561—激光器；2—激光束；3—全反射棱镜；4—聚焦物镜；5—工件；6—工作台

●新型的PM—400V2.0智能化编程软件，具有蛙跳、共边切割、优化套排料、高效穿孔、尖角处理等功能。 ●具有先进的多腔分室除尘系统，比单纯的抽风系统除尘效果更高。（二）机床的结构主要由以下几部分组成： 1、床身全部光路安置在机床的床身上，床身上装有横梁、切割头支架和切割头工具，通过特殊的设计，消除在加工期间由于轴的加速带来的振动。机床底部分成几个排气腔室，当切割头位于某个排气室上部时，阀门打开，废气被排出。通过支架隔架，小工件和料渣落在废物箱内。 2、工作台移动式切割工作台与主机分离，柔性大，可加装焊接、切管等功能。配有两张1.5米×4米的工作台可供交换使用，当一个工作台在进行切割加工的同时，另一张工作台可以同时进行上下料操作，有效提高工作效率。两个工作台可通过编程或按钮自动交换。工作台下方配有小车收集装置，切割的小料及金属粉末会集中收集在小车中。 3、切割头是光路的最后器件，其内置的透镜将激光光束聚焦，标准切割头焦距有 5 英寸和 7.5 英寸(主要用于割厚板)两种。良好的切割质量与喷嘴和工件的间距有关，本机切割头使用德国PRECITEC公司生产的非接触式电容传感头，在切割过程中可实现自动跟踪与修正工件表面与喷嘴的间距，调整激光焦距与板材的相对位置，以消除因被切割板材的不平整对切割材料造成的影响。自动找准材料的摆放位置（红光指示器）。 4、控制系统控制系统包括数控系统（集成可编程序控制器PLC）、电控柜及操作台。PMC-1200数控系统由32位CPU控制单元、数字伺服单元、数字伺服电机、电缆等组成，采用全中文才做界面，10.4"彩色液晶显示器，能实现机外编程计算机与机床的控制系统进行数据传输通讯（具有232接口），具有加速、突变限制；具有图形显示功能，可对激光器的各种状态进行在线和动态控制功能。 5、激光控制柜控制和检查激光器的功能，并显示系统的压力、功率、放电电流和激光器的运行模式。 6、激光器采用原装进口德国ROFIN公司SLAB3000W型激光发生器，是目前世界先进的RF 激励板式放电的二氧化碳激光器。其心脏是谐振腔, 激光束就在这里产生，激光气体是由二氧化碳﹑氮气﹑氦气的混合气体，通过涡轮机使气体沿谐振腔的轴向高速运动，气体在前后两个热交换器中冷却，以利于高压单元将能量传给气体。 7、冷却设备冷却激光器、激光气体和光路系统。 8、除尘装置内置管道及风机，改善了工作环境。切割区域内装有大通径除尘管道及大全压的离心式除尘风机，加之全封闭的机床床身及分段除尘装置，具有较好的除尘效果。 9、供气系统包括气源、过滤装置和管路。气源含瓶装气和压缩空气（空气压缩机、冷干机）。

物理学与高新技术作业题

《物理学与高新技术》作业（所有选修本课程的学生必须交作业，否则成绩为不及格）一、简答题 1. 物理学是技术的基础。在近代物理学研究成果的基础上，产生了一系列的高新技术学术领域和产业，你所了解的有哪些？通信技术与产业、激光技术与产业、电子技术与产业、光子技术与产业、计算机技术与产业等等。 2. 自然科学的研究对象是什么？自然科学是研究自然界的物质形态、结构、性质和运动规律的科学。科学是研究自然界不同事物的运动、变化和发展的专门知识，有着巨大的理论指导意义，为技术的发展提供理论和依据。 3. 技术的涵义是什么？技术是人类在利用自然、改造自然,为人类实现社会需要，促进社会发展而创造和发展起来的各种活动方式、手段、方法和技能的总和。 4. 物理学的研究对象是什么？物理学是研究物质的最基本、最普遍的运动形式以及物质的基本结构的科学。物理学研究的内容极其广泛，其空间尺度从亚核粒子到浩瀚的宇宙，其包含的时间从宇宙诞生到无尽的未来。 5. 物理学中常用的两种分析方法是什么？物理学中常用的两种分析方法是定性分析法和定量分析法，定性分析法是指判断性的分析，如判断某种因素是否存在，判断某种事物有何性质等；定量分析法是对事物作数量上的分析。从定性到定量，这是物理学发展的必然。 6. 物理实验创新的内容包括那些？物理实验创新包括：实验设计思想创新；实验仪器设备创新；实验研究方法创新；实验设计思想创新。其中，实验设计思想创新是关键。 7. 1877年，氧气被液化，液化点的温度是多少？氮气被液化，液化点的温度是多少？1898年，杜瓦（J. Dewar ) 第一次将氢气液化，液化点的温度是多少？1908年，荷兰，莱登实验室的卡末林·昂纳斯（Kamer lingh Onnes），第一次将氦气液化，液化点的温度是多少？ 1877年，氧气被液化，液化点：-183oC，绝对温度：90K。氮气被液化，液化点：-196oC，绝对温度：77K。1898年，杜瓦（J. Dewar ) 第一次将氢气液化，液化点：-253oC，绝对温度：20K。1908年，荷兰，莱登实验室的卡末林·昂纳斯（Kamer lingh Onnes），第一次将氦气液化，液化点：-268.75oC，绝对温度：4.25K。 8. 超导体的基本物理性质中零电阻效应指的是什么？超导体的迈斯纳效应指的是什么？超导体的基本物理性质中零电阻效应是指：（1）超导体的临界温度Tc。电阻突然消失的温度被称为超导体的临界温度。（2）超导体的临界磁场。超导电性可以被外加磁场所破坏，处于温度为T（T

用于激光加工的DOE

用于激光加工的DOE 最近，由于工业领域的强劲需求，催化出了许多激光焦工的新工艺，许多传统工业工艺被激光加工系统取代，例如激光消融、激光焊接、激光钎焊、激光打孔、激光切割、激光表面处理等材料。各种激光加工类型占整个激光加工市场的份额，如下图所示：图1.全球激光应用衍射光学元件（DOE）在提供特定的激光束成形中起重要作用，这使得激光束成形和均匀化技术对于优化许多激光材料加工应用是必不可少的。通常，激光系统中添加DOE元件之后能够明显提升系统性能。激光加工系统的关键参数：加工速度和产能加工精度 - 边壁陡峭 - 热影响区 - 处理过程的有效性

激光消融和结构化激光消融（激光烧蚀）是通过用激光束照射材料从固体（或偶尔液体）表面去除材料的过程。通过在小区域上施加高能短脉冲来实现消融。激光烧蚀已被考虑并用于许多技术应用，包括：纳米材料的生产，薄金属和电介质膜的沉积，超导材料的制造，金属部件的常规焊接和粘合，以及MEMS结构的微机械加工。衍射光学元件中的Top-Hat和Vortex-Lens产生具有尖锐边缘的成形斑点，可在消融过程中产生精确的材料去除。Multi-Spot元素支持并行处理，从而提高了吞吐量。相关DOE产品：平顶光束整形器，螺旋相位片，分束器图2.激光烧蚀图3.激光结构3 激光焊接激光焊接技术用于通过激光连接多个金属或塑料件。光束提供集中的热源，允许窄而深的焊接和高焊接速率。该过程经常用于使用自动化的大批量应用，例如汽车工业。在与切割技术的结合中，激光器非常适用于多种类型的焊接（点，线焊接）。匀光镜（均质器）元件具有均匀，平坦的强度分布，受输入光束不均匀性的影响小，并且可以设计为针对特定焊接轮廓定制的能量和形状分布。DOE还能方便地引入预热副光斑，可以预热焊接区域，然后对其进行后处理。

第十二章-量子物理学

第十二章量子物理学 §12.1 实物粒子的波粒二象性一、德布罗意物质波假设 νλ h E h P == h E P h = = νλ 二、德布罗意物质波假设的实验证明 1、戴维森——革未实验 2、电子单缝实验例1、运动速度等于300K 时均方根速率的氢原子的德布罗意波长是 1.45A 0 。质量M=1Kg ，以速率v=1cm/s 运动的小球的德布罗意波长是 6.63×10-14A 0 。（h=6.63×10-34J.s 、K=1.38×10-23J.K 、m H =1.67×10-27kg ）解：（1） m k T v 32= 045.13A k Tm h mv h p h ==== λ （2）0191063.6A Mv h p h -?=== λ 例2、若电子的动能等于其静止能量，则其德布罗意波长是康谱顿波长的几倍？解：电子的康谱顿波长为c m h e c =λ，罗意波长为p h = λ 由题知：c v c m c m E k 2 32)1(2020= ?=?=-=γγ c m h v m h p h e e 2 3 2=== γλ，故 3 1= c λλ 三、德布罗意物质波假设的意义四、电子显微镜例子、若α粒子（电量为２ｅ）在磁感应强度为Ｂ均匀磁场中沿半径为Ｒ的圆形轨道运动，则α粒子的德布罗意波长是:[A] （A ）ｈ／（２ｅＲＢ）．（B ）ｈ／（ｅＲＢ）．

（C）１／（２ｅＲＢｈ）．（D）１／（ｅＲＢｈ）．例2、如图所示，一束动量为ｐ的电子，通过缝宽为ａ的狭缝，在距离狭缝为R处放置一荧光屏，屏上衍射图样中央最大的宽度ｄ等于:[D] （A）２ａ2／Ｒ．] （B）２ｈａ／ｐ．（C）２ｈａ／（Ｒｐ）．（D）２Ｒｈ／（ａｐ）．

激光原理与技术习题一

《激光原理与技术》习题一班级序号姓名等级一、选择题 1、波数也常用作能量的单位，波数与能量之间的换算关系为1cm -1 = eV 。（A ）1.24×10-7 (B) 1.24×10-6 (C) 1.24×10-5 (D) 1.24×10-4 2、若掺Er 光纤激光器的中心波长为波长为1.530μm ，则产生该波长的两能级之间的能量间隔约为 cm -1。（A ）6000 (B) 6500 (C) 7000 (D) 10000 3、波长为λ=632.8nm 的He-Ne 激光器，谱线线宽为Δν=1.7×109Hz 。谐振腔长度为50cm 。假设该腔被半径为2a=3mm 的圆柱面所封闭。则激光线宽内的模式数为个。（A ）6 (B) 100 (C) 10000 (D) 1.2×109 4、属于同一状态的光子或同一模式的光波是 . (A) 相干的 (B) 部分相干的 (C) 不相干的 (D) 非简并的二、填空题 1、光子学是一门关于、、光子的科学。 2、光子具有自旋，并且其自旋量子数为整数，大量光子的集合，服从统计分布。 3、设掺Er 磷酸盐玻璃中，Er 离子在激光上能级上的寿命为10ms ，则其谱线宽度为。三、计算与证明题 1．中心频率为5×108MHz 的某光源，相干长度为1m ，求此光源的单色性参数及线宽。 2．某光源面积为10cm 2，波长为500nm ，求距光源0.5m 处的相干面积。 3．证明每个模式上的平均光子数为 1 )/exp(1 kT hv 。

《激光原理与技术》习题二班级姓名等级一、选择题 1、在某个实验中，光功率计测得光信号的功率为-30dBm ，等于 W 。（A ）1×10-6 (B) 1×10-3 (C) 30 (D) -30 2、激光器一般工作在状态. (A) 阈值附近 (B) 小信号 (C) 大信号 (D) 任何状态二、填空题 1、如果激光器在=10μm λ输出1W 连续功率，则每秒从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是。 2、一束光通过长度为1m 的均匀激励的工作物质。如果出射光强是入射光强的两倍，则该物质的增益系数为。三、问答题 1、以激光笔为例，说明激光器的基本组成。 2、简要说明激光的产生过程。 3、简述谐振腔的物理思想。 4、什么是“增益饱和现象”？其产生机理是什么？四、计算与证明题 1、设一对激光能级为2E 和1E (设g 1=g 2)，相应的频率为ν(波长为λ)，能级上的粒子数密度分别为2n 和1n ，求 (a) 当ν=3000MHz ，T=300K 时，21/?n n = (b) 当λ=1μm ，T=300K 时，21/?n n = (c) 当λ=1μm ，21/0.1n n =时，温度T=？ 2、设光振动随时间变化的函数关系为（v 0为光源中心频率），试求光强随光频变化的函数关系，并绘出相应曲线。 ???<<=其它,00),2exp()(00c t t t v i E t E π

物理学与高新技术

历史的沉积，时代的前沿 ————物理学与高新技术论文经过一学期的物理学与高新技术学习，我受益良多。这学科是以大学物理学为基础，阐述物理原理在高新技术中的应用，着重阐明物理学基础理论与高新技术的联系。从时时刻刻让我们接触地面的地心引力，到走路必不可缺的摩擦阻力。从我们所熟悉的牛顿的苹果，到一个个投身于物理事业奋斗终身的安培奥斯特。从刚刚发现并开始研究虽然有错误但成为起点的亚里士多德，到今天一项项物理诺贝尔奖项的颁发，一样样物理研究成果的发明创造。从小学的自然科学学到现在的大学物理，我知道，我和物理这两个字，一直都是分不开的。一、信息技术生活中离不开信息，信息普遍存在于自然界和人类社会活动中，它的表现形式远远比物质和能量复杂。信息是一个发展中的动态范畴，它随人类社会的演变而相应的扩大或收缩，总的来看信息所涵盖的范围是不断扩大的，可以断定随人类社会的发展信息范畴将进一步扩大。而信息的传递，都是依靠着物理原理和物理现象，声音和光的传递，信息作为物质世界的一个基本概念，应该具有严谨的物理基础。通过对物质、能量和信息的分析类比，可以引进序间作为信息的物理坐标。随着信息的物理基础的确立，导致对物理学基础的整体扩充。二、红外技术红外技术的内容包含四个主要部分，红外辐射的性质，红外元件、部件的研制、把各种红外元、部件构成系统的光学、电子学和精密机械、红外技术在军事上和国民经济中的应用。红外技术发展的先导是红外探测器的发展。60年代激光的出现极大地影响了红外技术的发展，促使出现新的探测器件和新的辐射传输方式，推动红外技术向更先进的方向发展。红外应用产品种类繁多，应用广泛。红外线自1800年被发现以来，人们对她的研究从来没有停止过，目前已经开发出了众多的应用产品，从医疗、检测、航空到军事等领域，几乎处处都能看到红外的身影。本文选择了红外热像、红外通讯、红外光谱仪、红外传感器等几个比较大的

激光物理答案整理

《激光物理学》复习提要 1、激光的应用有哪些？举出实际例子，并说明运用了激光的那些特性？激光手术刀。激光武器。（高能光束）激光测距高度定向及光束稳定性 2、按工作物质来分，激光器的种类主要有哪些？激光器的基本结构由哪几部分组成？根据工作物质物态的不同可把所有的激光器分为以下几大类：①固体激光器（晶体玻璃），这类激光器所采用的工作物质，是通过把能够产生受激辐射作用的金属离子掺入晶体或玻璃基质中构成发光中心而制成的； ②气体激光器，它们所采用的工作物质是气体，并且根据气体中真正产生受激发射作用之工作粒子性质的不同，而进一步区分为原子气体激光器、离子气体激光器、分子气体激光器、准分子气体激光器等； ③液体激光器，这类激光器所采用的工作物质主要包括两类，一类是有机荧光染料溶液，另一类是含有稀土金属离子的无机化合物溶液,其中金属离子（如Nd）起工作粒子作用，而无机化合物液体（如SeOCl）则起基质的作用； ④半导体激光器，这类激光器是以一定的半导体材料作工作物质而产生受激发射作用，其原理是通过一定的激励方式(电注入、光泵或高能电子束注入)，在半导体物质的能带之间或能带与杂质能级之间，通过激发非平衡载流子而实现粒子数反转，从而产生光的受激发射作用； ⑤自由电子激光器，这是一种特殊类型的新型激光器，工作物质为在空间周期变化磁场中高速运动的定向自由电子束，只要改变自由电子束的速度就可产生可调谐的相干电磁辐射，原则上其相干辐射谱可从X射线波段过渡到微波区域，因此具有很诱人的前景。每一种激光器都必须有激励源、工作物质和谐振腔这3个基本组成部分。 3、激光为什么具有很好的单色性、相干性、方向性和高亮度的特点? 试分别阐述激光具有以上这些优越特性的缘故。为什么说普通光源是非相干光源？激光是相干光源？激光发射的各个光子频率相同，因此激光是最好的单色光源激光是一种单色光，频率范围极窄，发散角很小，只有几毫弧，激光束几乎就是一条直线. 由于受激辐射的光子在相位上是一致的，再加之谐振腔的选模作用，使激光束横截面上各点间有固定的相位关系，所以激光的空间相干性很好（普通光源发光特点：每个原子一次发光只能发出频率一定、振动方向一定而程度有限的光波（波列），即原子发光有无序性。所以同一个原子先后发出的波列之间、不同原子发出的波列之间都没有固定的相位关系，振动方向和频率也不尽相同，故两个独立的普通光源发出的光不是相干光。 4、激光器激励能源（泵浦源）最常见的激励方式有哪些？氦氖激光器所采用的是那种激励方式？红宝石所采用的是那种激励方式？泵浦源，泵浦源也称激励源，是为实现粒子数反转提供能量的装置。根据激励时间利用的能量形式，泵浦方式有放电激励、光激励(红宝石)、热能激励、化学能激励和核能激励等。 5、光学谐振腔对激光形成起到了什么作用？谐振腔的作用是选择频率一定、方向一致的光作最优先的放大，而把其他频率和方向的光加以抑制. 光学谐振腔的作用有：①提供反馈能量，②选择光波的方向和频率。谐振腔内可能存在的频率和方向称为本征模，按频率区分的称纵模，按方向区分的称横模。两反射镜的曲率半径和间距（腔长）决定了谐振腔对本征模的限制情况。不同类型的谐振腔有不同的模式结构和限模特性。 6、形成稳定输出激光的内在条件是什么（激活介质）？外在条件是什么（谐振腔、与激

激光原理与技术A答案

06~07激光原理与技术A答案 2006-2007学年第1学期《激光原理与技术》A卷试题答案1．基本概念题(选做6小题，每小题5分)[30] 1.1 试就你所了解的知识，对激光器进行科学分类。按工作介质分：气体激光器、固体激光器、染料激光器、半导体激光器等按工作方式分：脉冲激光器（pulsed laser）、连续激光器（c.w laser）固定波长输出、波长可调谐的激光器 ……（按任一方式对其进行分类均可得分，答案是多样的） 1.2 激光器一般包括哪三个基本单元？各单元的主要作用是什么？激光器三个基本组成单元（各自的作用描述方式可以不一样）泵浦源：提供输入能量，使粒子数反转分布?n?0。增益介质：对入射光产生放大作用。光子谐振腔：选模、储能，形成光振荡（变激光放大器为激光振荡器）。 1.3 对于线宽为??的洛仑兹函数和高斯函数，│ν-ν0│为多大时，这两个函数值相等？在什么频率范围内，洛仑兹函数值大于高斯函数值？ │ν-ν0│= 0.75???时，洛仑兹函数与高斯函数值相等；│ν-ν0│> 0.75??时，洛仑兹函数大于高斯函数值。

1.4 三能级系统和四能级系统的主要区别是什么？就两系统各举一典型实例. 三能级系统与四能级系统的主要区别是：前者基态与激光下能级共享，因而阈值反转粒子数密度为n/2，而后者的激光下能级抽空速率很快，阈值反转粒子数密度近似为激光上能级的阈值反转粒子数n2t。典型的三能级系统激光器为红宝石激光器，典型四能级系统激光器为Nd:YAG激光器。 1.5 何谓烧孔效应？何谓兰姆凹陷？烧孔效应主要指非均匀加宽介质中，由于频率?1的强光入射引起的反转集居数的饱和现象。即在频率为?1，光强为I?1的强光作用下，使表观中心频率处在?1±(1+ I?1 /Is)1/2???H/2范围内的粒子产生受激辐射，因此在?n???~??曲线上形成一个以?1为中心，宽度约为(1+ I?1 /Is)1/2???H的“烧孔”，这种现象称为烧孔效应。（均匀加宽介质的空间烧孔效应：当频率为?q的强激光振荡时，它在腔内沿轴线方向的分布形成驻波场，波腹处光强最大，波节处光强最小。腔内的增益系数不同，波腹处光强大，用去的反转粒子数多，造成增益系数下降也大。波节处增益系数下降少。我们称这种反转粒子 1 数密度或增益系数在腔内轴线上具有某种分布的现象为空间烧孔效应。）兰姆凹陷是指非均匀加宽介质激光器的输出功率P随频率变化曲线在中心频率?0处的凹陷。即非均匀加宽工作物质，中心频率处，增益虽然大，但参与光放

第二章量子物理学基础

第二章量子物理学基础思考题 2.1 什么是光的波粒二象性？ 2.2 有人认为微观客体的波动性表示粒子运动的轨迹是一条正弦或余弦的曲线，这种看法对吗？ 2.3 对于运动着的宏观实物粒子，德布罗意关系式也适用，为什么我们不考虑它们的波动性？ 2.4 有哪些实验证实了微观粒子的波动性？ 2.5 德布罗意波和经典波有何区别？ 2.6 汤姆孙原子模型有什么缺点？ 2.9 从经典物理看来，卢瑟福原子的核式模型遇到些什么困难？ 2.8 在玻尔的氢原子理论中，势能为负值，而且在数值上比动能大，这个结果有什么含义？ 2.9 试根据玻尔的氢原子能级公式，说明当量子数n 增大时，能级怎么变化．能级间的距离怎样变化? 2.10 若氢原于和氦离子都是从4=n 的轨道跃迁到2=n 的轨道，问两个原子发出的光的波长是否相同? 2.11 对应原理的内容是什么? 2.12 试从原子核运动引起的修正这一角度解释里德伯常数的理论值与实验值的区别。 2.13 弗兰克—赫兹实验证明了什么? 1.14 为什么说玻尔理论是半经典半量子的混合?它有什么局限性? 2.15 为什么说波函数是描述粒子的统计行为的一个物理量? 2.16 若) (t z y x ，，，ψ表示波函数，则dxdydz t z y x 2)(，，，ψ和1)(2=???dxdydz t z y x ，，，ψ各表示什么物理意义? 2.17 波函数的标准条件是什么? 2.18 波函数为什么要归一化? 2.19 薛定谔方程在量子力学中的地位怎样?试写出定态薛定谔方程． 2.20 什么是隧道效应? 2.21 描写氢原子中电子的状态需要几个量子数? 习题 2.1 试求出质量为0.01kg 、速度为s m 10的一个小球的德布罗意波长． 2.2 一个质子从静止开始，通过lkV 的电压受到加速，试求它的德布罗意波长．(质子的质量为 kg 1067.127-?) 2.3 电子和光子的波长都是 A 2，它们的动量和总能量都相等否? 2.4 设卢瑟福散射用的α粒子动能为eV 1068.76?，散射物质是原子序数79=Z 的金箔．试求散射角尹 150=φ所对应的瞄准距离b 多大? 2.5 试计算氢原子帕邢系第二条谱线的波长． 2.6 已知氢原子莱曼系的最长波长是 A 1216，里德伯常量是多少? 2.7 用巴耳末公式计算巴耳末系中三条最长的波长． 2.8 将氢原子从1=n 激发到4=n 的能级． (1)计算氢原子所吸收的能量； (2)当它从4=n 的能级向低能级跃迁时，可能发出哪些波长的光子(17m 10097.1-?取R )?画出能级跃迁图．

激光物理学

第一章激光的基本概念 §1.1时间相干性和空间相干性１．相干时间２．相干面积３．相干体积 §1.2光波模式和光子状态１．光波模式２．光子及其状态 §1.３光与物质的相互作用１．光与物质相互作用的三过程(自发辐射受激吸收受激辐射)２．爱因斯坦系数间的关系３．光子简并度４．激光器与起振条件第二章腔模理论的一般问题 §2.1变换矩阵１．变换矩阵的基本性质２．变换矩阵各元素的意义 §2.2腔的稳定性问题１．稳定性条件２．等效方法 §2.3腔的本征模式 §2.4腔的损耗 1. 平均单程损耗因子 2．光子在腔内平均寿命 3．无源谐振腔的品质因数Q 4．本征振荡模式带宽第三章稳定球面腔 §3.1共焦腔的振荡模 §3.2光斑尺寸和等价共焦腔 §3.3衍射损耗及横模选择 §3.4谐振频率，模体积和远场发散角第四章高斯光束 §4.1 厄米高斯光束和拉盖尔高斯光束§4.2 高斯光束的q参数第五章非稳定腔 §5.1 非稳定腔的谐振模 §5.2 几何放大率和功率损耗率 §5.3 单端输出虚共焦腔的设计第六章电磁场和物质相互作用 §6.1 线性函数 1. 定义 2.自然加宽和碰撞加宽N 3. 多普勒加宽

4. 综合加宽 §6.2 速率方程组 1.三能级系统 2.四能级系统第七章增益饱和与光放大 §7.1 发射截面和吸收截面 §7.2 小信号增益系数 §7.3 均匀加宽工作物质的增益饱和 1. 反转集居数的饱和 2. 均匀加宽大信号增益系数 §7.4 非均匀加宽工作物质的增益饱和 1. 加宽大信号增益系数 2. 强光作用下弱光的增益系数第八章激光振荡理论 §8.1激光器的振荡阈值,阈值反转集居数密度 §8.2连续激光器或长脉冲激光器的阈值泵浦功率§8.3多模激光器 §8.4 频率牵引第九章激光的半经典理论 §9.1处理方法 §9.2 密度矩阵 1.定义 2.性质 §9.3 集居数运动方程迭代解 1. 静止原子的单模理论 2. 运动原子的单模理论 3. 静止原子的多模理论 4. 环形激光器 5. 塞曼激光器第十章激光的量子理论 §10.1 辐射场的量子化 §10.2 相干态 §10.3 相干态的几个性质 §10.4 约化密度矩阵 §10.5 原子和辐射场的相干作用 §10.6 主方程 §10.7 振荡阈值和增益饱和 §10.8 光子统计 §10.9 内禀线宽 §10.10 激光场的光强涨落第十一章相干光学瞬态效应 §11.1 二能级系统和辐射场相互作用 §11.2 相干瞬态光学过程 §11.3 相干双光子过程

第十七章量子物理基础习题解

第十七章量子物理基础 17–1 用辐射高温计测得炉壁小孔的辐射出射度为22.8W/cm 2，则炉内的温度为。解：将炉壁小孔看成黑体，由斯特藩—玻耳兹曼定律()4T T M B σ=得炉内的温度为 34 8 44 10416.11067.5108.22) (?=??==-σ T M T B K 17–2 人体的温度以36.5?C 计算，如把人体看作黑体，人体辐射峰值所对应的波长为。解：由维恩位移定律b T =m λ得人体辐射峰值所对应的波长为 33m 10363.95.30910898.2?=?== -T b λnm 17–3 已知某金属的逸出功为A ，用频率为1ν的光照射该金属刚能产生光电效应，则该金属的红限频率0ν= ，遏止电势差U c = 。解：由爱因斯坦光电效应方程W m h += 2 m 2 1v ν，A W =，当频率为1ν刚能产生光电效应，则02 12 m =v m 。故红限频率 h A /0=ν 遏止电势差为 ()01011ννννν-=-=-= e h e h e h e W e h U c 17–4 氢原子由定态l 跃迁到定态k 可发射一个光子，已知定态l 的电离能为0.85eV ，又已知从基态使氢原子激发到定态k 所需能量为10.2eV ，则在上述跃迁中氢原子所发射的光子的能量为 eV 。解：氢原子的基态能量为6.130-=E eV ，而从基态使氢原子激发到定态k 所需能量为 E ?=10.2eV ，故定态k 的能量为 eV 4.32.106.130-=+-=?+=E E E k 又已知eV 85.0-=l E ，所以从定态l 跃迁到定态k 所发射的光子的能量为 eV 55.2=-=k l E E E 17–5 一个黑体在温度为T 1时辐射出射度为10mW/cm 2，同一黑体，当它的温度变为2T1时，其辐射出射度为[ ]。 A ．10mW/cm 2 B ．20mW/cm 2 C ．40mW/cm 2 D ．80mW/cm 2 E ．160mW/cm 2 解：由斯特藩—玻耳兹曼定律，黑体的总辐射能力和它的绝对温度的四次方成正比，即 ()4T T M B σ= 故应选（E ）。

激光加工课件

激光加工课件一、激光介绍 1.1 激光的产生 1.1.1光的物理状态㈠光的电磁学说：在一定波长范围内的电磁波。 λ——波长 C ——频率 V ——波速㈡光的量子说：光是在一定波长范围内的电磁波，一种具有一定能量的以光速运动的粒子流（光子）。不同频率的光对应不同能量的光子。 E ——光子能量；v ——光的频率；h ——普朗克常数； 1.1.2原子的发光㈠基态：电子在最靠近原子核的轨道上运动时，原子所处的能级状态称为基态。㈡激发态：当外界传给原子一定的能量时，原子的内能增加，外层电子的轨道半径扩大，被激发到高能级，称为激发态（高能态）。㈢跃迁：原子从高能级回到低能级的过程称为“跃迁”。被激发到高能级的原子不是很稳定，总是力图回到能量较低的能级去。具有亚稳态能级的原子和离子的存在是形成激光的重要条件。㈣光辐射：当原子从高能级跃迁回到低能级或基态时，常常以光子的形式辐射出光能量。㈤自发辐射：原子从高能级自发地跃迁到低能级而发光的过程称为自发辐射。（日光灯发光）各受激原子跃迁回到基态的时序先后不一，且具有多个能级，因此方向性、单色性都很差。㈥受激辐射：满足一定频率要求的一束光入射到具有大量激发态原子的系统中，刺激处在激发能级上的原子跃迁回到低能级，同时发出一束与入射光具有相同特性（频率、相位、传播方向、偏振方向等）的光。 1.1.3激光产生的条件㈠粒子数反转：具有亚稳态能级结构的物质，在一定外来光子能量激发条件下，吸收光能，使处于亚稳态（高能级）的原子数目大于处于基态（低能级）的原子数目的现象。㈡受激辐射：在粒子数反转的状态下，一束光子入射该物体，当光子能量恰好等于两个能级相对应的能量差时，产生受激辐射，输出大量光能。㈢激光具有一般光的共性（反射、折射、干涉等），也有其特性。（受激辐射） c v λ=E hv =()1n v E E h =-

第13章量子力学基础..

第13章量子力学基础 13.1 绝对黑体和平常所说的黑色物体有什么区别？答：绝对黑体是对照射其上的任意辐射全部吸收而不发生反射和透射的物体，而平常所说的黑色物体是只反射黑颜色的物体。 13.2 普朗克量子假设的内容是什么？答：普朗克量子假设的内容是物体发射和吸收电磁辐射能量总是以νεh =为单位进行。 13.3 光电效应有哪些实验规律？用光的波动理论解释光电效应遇到了哪些困难？答：光电效应的实验规律为：1）阴极K 在单位时间内所发射的光子数与照射光的强度成正比；2）存在截止频0ν；3）光电子的初动能与照射光的强度无关，而与频率成线性关系； 4）光电效应是瞬时的。用光的波动理论解释光电效应遇到的困难在于：1）按照波动理论，光波的能量由光强决定，因而逸出光电子的初动能应由光强决定，但光电效应中光电子的初动能却与光强无关；2）若光波供给金属中“自由电子”逸出表面所需的足够能量，光电效应对各种频率的光都能发生，不应存在红限；3）光电子从光波中吸收能量应有一个积累过程，光强越弱，发射光子所需时间就越长。这都与光电效应的实验事实相矛盾。 13.4 波长λ为0.1nm 的X 射线,其光子的能量ε= J 151099.1-?；质量m = kg 321021.2-?；动量p = 1241063.6--???s m kg . 13.5 怎样理解光的波粒二象性？答：光即具有波动性，又具有粒子性，光是粒子和波的统一，波动和粒子是光的不同侧面的反映。 13.6 氢原子光谱有哪些实验规律？答：氢原子光谱的实验规律在于氢原子光谱都由分立的谱线组成，并且谱线分布符合组合规律 )11()()(~2 2n k R n T k T kn -=-=ν k 取 ,3,2,1，分别对应于赖曼线系，巴耳米线系，帕形线系，. 13.7 原子的核型结构模型与经典理论存在哪些矛盾？答：原子的核型结构与经典理论存在如下矛盾：1）按经典电磁辐射理论，原子光谱应是连续的带状光谱；2）不存在稳定的原子。这些结论都与实验事实矛盾。 13.8 如果枪口的直径为5mm,子弹质量为0.01kg,用不确定关系估算子弹射出枪口时的横

物理学前沿讲座——激光技术

物理学前沿讲座——激光技术物理学前沿讲座—— 激光技术激光技术一、引言随着社会的发展，各类新型技术也如雨后春笋般破土而出。虽然世界第一台激光器早在1960年由赴美国的梅曼研发成功，而我国的第一台红宝石激光器也在1961年于长春问世。但在短短40多年的时间里，激光技术的应用发展得到了迅猛的发展。激光技术已与多个学科相结合形成多个应用技术领域。本文将从激光的由来，激光的特特，以及激光的应用几方面来介绍而、激光。二、正文 1、激光的由来激光最初的中文名叫“镭射”，“莱塞”，是它的英文名字LASER的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulation Emission of Radiation的各名词的头一个字母组成的缩写词，意思是“受激辐射的光放大”。激光的英文全名已完全表达了制造激光的主要过程。而在1964年按照我国著名科学家钱学森的建议将“光受激发射”改名为“激光”。 2、激光的特性激光具有定向发光、亮度亮度极高、颜色极强、相位高度一致的特性。激光光波在空间叠加时，重叠区的光强分布会出现稳定的强弱相间的现象，因而我们可知激光是相干波，而普通光源发出的光，其频率、振动方向、相位不一致，而导致了普通光源是非相干波。 3、激光的应用

基于激光独特的性质，目前激光已被应用到生活、科研的方方面面。激光焊接、激光打孔、激光淬火，激光热处理、激光打标(许多矿泉水上的生产日期等)、玻璃内雕、激光微调、激光光刻、激光制膜、激光薄膜加工、激光封装、激光修复电路、激光布线技术、激光清洗、激光测距、激光医疗、激光雷达、激光武器、激光打印机等各个方面。下面就让我们来具体看一下最近几十年来在激光武器、激光医疗、激光雷达技术、光纤激光器等方面的取得的巨大的成果。 3、1激光武器激光武器是利用激光辐射能量达到摧毁战斗目标或使其丧失战斗力等的作战武器，是一种利用沿一定方向发射的激光束攻击目标的定向能武器。其具有快速、灵活、精确和抗电磁干扰性等优异性能。在光电对抗、防空和战略防御中可发挥独特作用。它分为战斗激光武器和战略激光武器两种。激光武器将会成为一种常规的威慑力量。由于激光武器的速度是光速，因此在使用时不需要提前量。“鹦鹉螺”激光武器可谓是激光武器中的典型代表。在2000年10月25日以色列国防部就透露“鹦鹉螺”激光武器于6月6日，8月28日，9月22日进行三次激光武器系统系列试验中，分别成功击落了一枚、两枚、两枚“喀秋莎”火箭，进而成为世界上第一个成功击落火箭的战术高能激光系统。图1 鹦鹉螺 3、2激光医疗

第17章量子物理基础习题

第17章量子物理基础 17.1 热核爆炸中火球的瞬时温度高达107K ，试估算辐射最强的波长和这种波长的能量子的能量。解:根据维恩位移定律m T b λ=可得 3 10 7310m 310m 10 m b T λ--?= ==?。又根据普朗克公式得出能量子 34 8 16 10 6.6310 310 J 710 J 310 m h c E h νλ---???== = ≈??。 17.2 太阳在单位时间内垂直照射在地球表面单位面积上的能量称为太阳常数，其值为s ＝1.94cal/cm 2?min 。日地距离约为R 1＝1.5?108km ，太阳半径约为R 2＝6.95?105km ，用这些数据估算一下太阳的温度。解：根据能量守恒，有 2 2 2144M R s R ππ?=?。又根据斯忒藩－玻耳兹曼定律4 M T σ=，得 3 5.810K T = = =?。 17.3 在加热黑体的过程中，黑体辐射能量的峰值波长由0.69微米变化到0.50微米。则该黑体面辐射本领大了几倍? 解：由维恩位移定律m T b λ=和斯忒藩－玻耳兹曼定律4 M T σ=可得 4 4 (/)m m M b σλλ-=∝，故 4 4 12 1 20.69 3.630.50m m M M λλ????=== ? ????? 。 17.4 某物体辐射频率为6.0?1014Hz 的黄光，这种辐射的能量子的能量是多大？解：34 1419 6.6310 6.010J 4.010 J E h ν--==???=?。 17.5 已知一单色点光源的功率P ＝1W ，光波波长为589nm 。在离光源距离为R ＝3m 处放一金属板，求单位时间内打到金属板单位面积上的光子数。解：设单位时间内打到金属板单位面积上的光子数为0n ，则 2 00 4h c P S n h R n νπλ ==，

激光器的基本参数和基础知识

激光器的基本参数和基础知识世界上第一台激光器出现于1960年，如今在许多领域中离不开激光器的应用，特别是生产、科研、医疗等这些领域。在不同的应用中所使用的激光器是不同的，所以我们需要了解激光器的参数，它直接决定了使用者对激光光源的选择。本文章整理了常规激光器的一些参数定义并做简单说明，希望能帮助大家能够找到合适的激光产品。一、输出功率（激光功率）激光器发出的光是以光能的形成出现，与电能一样，光能也是一种能源。与发电机的输出功率类似，激光器的输出功率也是一个度量单位时间内输出激光能量的物理量，常见的单位毫瓦（mW）、瓦（W）、千瓦（kW）。二、功率稳定性功率稳定性表征的是激光输出功率在一定时间内的不稳定度，一般分为RMS稳定性和峰峰值稳定性。 RMS稳定性：测试时间内所有采样功率值的均方根与功率平均值的比值，描述输出功率偏离功率平均值的分散程度。峰峰值稳定性：输出功率的最大值和最小值之差与功率平均值的百分比，表示的是一定时间内的输出功率的变化范围。三、光束质量因子（M2因子）；光束参数积（BPP）光束质量因子定义是激光束腰半径和光束远场发散角的乘积与理想基模光束束腰半径和基模发散角乘积的比值，即M2=θw/θ理想w理想。光束质量会影响到激光的聚焦效果以及远场的光斑分布情况，是用来表征激光光束质量的参数，实际激光光束质量因子越接近1，

横模的定义是垂直于激光传播方向上某一横截面上的稳定场的分布，激光器的光斑表征就是横模分布，通过光斑分析仪或激光轮廓分析仪可以将横模分布模拟出来，得到激光器的一些光束特征。常见的横模模式有基横模（TEM），TEM，TEM等，还有图1所示的其他模式，其中TEM模指的是在x方向的截面上有一点光强为0，TEM模指的是在x 和y方向截面均有一点光强为0。

激光清洗物理基础

激光清洗物理基础第一节激光去除微粒 2.1.1 微粒与基底之间的三种相互作用微粒与固体表面之间存在着三种主要的粘附作用，分别是范德瓦尔斯力、毛细力和静电力[1-2]。对于小于几个微米的微粒，范德瓦尔斯力是主体粘附力，是接触的两个物体中一方的偶极矩与另一方的诱发偶极矩之间的相互作用，表现为引力。两平行平面之间单位面积的范德瓦尔斯力可以表示为： 32v 8z h f π= （2.1）其中h 是Lifshitz -Van der Waals 常数，取值与材料的性质相关，对于聚合物-聚合物，约有0.5eV ，而金属-金属，约有10eV ；z 是两平行平面之间的距离。直径为d 的球形微粒与平板在点接触（point contact ，是指表面没有变形）情形下的范德瓦尔斯力为： 2v 16z hd F π= （2.2）其中z 是微粒底面点与平面之间的距离。如果由于强引力作用使表面发生了变形，实际的范德瓦尔斯力要比上式给出的数值大的多。当表面存在液膜时，毛细力作为第二种重要的粘附力作用在微粒与基底表面之间。自然环境下形成的液膜是空气中的水汽凝结的结果，相应的毛细力的表示式为： d F πγ2c = （2.3）其中γ是液膜单位面积的表面能（surface energy ）。第三种粘附力是静电力，由于微粒与基底接触时二者之间存在着接触势差U （contact potential difference ），在电动势的驱使下电荷在微粒与基底之间发生了转移，在接触面的两侧形成了带有异号电荷的双电荷层，形成类似于电极板的结构，这时微粒与基底表面之间的静电引力可表示为： z d U F 22e πε= （2.4）其中ε是微粒与基底间空气的介电常数。