第八章 现代光学基础0
现代光学基础教学大纲
现代光学基础教学⼤纲现代光学基础(Fundamentals of Modern Optics)(学时50)⼀、简要说明本⼤纲是根据福建农林⼤学本科培养计划⾯向电⼦科学与技术本科专业及相关专业制定的教学⼤纲，总学时为50，总学分为3学分。
课程类别是：专业基础课。
⼆、课程的性质、地位和任务本课程以波动光学为基础，系统⽽深⼊地论述了从经典波动光学到现代变换光学所包括的基本概念和基本规律，全⾯⽽细致地分析了典型光学现象及其重要应⽤，反映了光学在诸多⽅⾯的新进展。
通过本课程的学习，使学⽣系统和全⾯地掌握波动光学的基本理论、研究⽅法和实际应⽤，为学习与光学相关的其它专业课打下基础。
三、教学基本要求和⽅法教学内容的基本要求分三级:掌握、理解、了解。
掌握：属较⾼要求。
对于要求掌握的内容（包括定理、定律、原理、物理意义及适⽤条件）都应⽐较透彻明了，并能熟练地⽤以分析和计算与⼯科本科⽔平的有关问题，对于那些由基本定律导出的定理要求会推导。
理解：属⼀般要求。
对于要求理解的内容（包括定理、定律、原理、物理意义及适⽤条件）都应明了，并能⽤以分析和计算与⼯科本科⽔平的有关问题，对于那些由基本定律导出的定理不要求会推导。
了解：属较低要求。
对于要求了解的内容，应知道所涉及问题的现象和有关实验，并能对它进⾏定性解释，还应知道与问题直接有关的物理量和公式等的物理意义1、基本要求要求学⽣较系统、全⾯的掌握光学设计理论和设计⽅法、了解光学材料及其加⼯要求。
2、教学⽅法采⽤理论和实际、传统教学与现代教学技术相结合的办法进⾏教学。
四、授课教材及主要参考书⽬教材：钟锡华主编.现代光学基础.北京⼤学出版社出版,2003.参考书：1、赵凯华、钟锡华编.光学.北京⼤学出版社出版,1984.2、⽺国光、宋菲君编.⾼等物理光学.中国科技⼤学出版社出版,1989.3、姚启钧编.光学教程.北京:⾼度教育出版社出版,2002.五、学分和学时分配六、教学主要内容及学时分配（50学时）第⼀章费马原理与变折射率光学 (3学时)1、⽬的要求：本章以费马原理作为光线光学的理论基础来分析光线径迹。
第八章现代光学基础.doc
第八章 现代光学基础1 （1）计算氢原子最低的四个能级的能量大小，并把它们画成能级图；（2）计算这四个能级之间跃迁的最小的频率是多少。
解：根据：2222422h n k Z me E π-=最低四个能级的量子数为：4321、、、=n 代入公式，计算得到：eV E 6.131-=、eV E 4.32-=、eV E 5.13-=、eV E 85.04-=（2）频率最小的跃迁是在E 3和E 4之间，能级差：eV E E E 65.034=-=∆ 由：νh E =∆解得跃迁频率：1141059.1/-⨯=∆=s E h ν2 当玻尔描述的氢原子从n=2的轨道跃迁到的n=1轨道后，问（1）轨道的半径有什么变化？（2）能量改变了多少？解：（1）由 Zkme h n r 22224π= 轨道半径的变化量：nm Zk me h Zk me h r 157.0414222222222=-=∆ππ （2）根据：2222422h n k Z me E π-= 能量的变化量：eV h k Z me h k Z me E 2.10)12()22(222242222242=---=∆ππ3令光子的波长为λλ1,,称为波数，若用符号v ~表示，则光子的能量为vhc ~。
如果一个光子具有1电子伏特的能量，那么它的波数应为若干？解：根据公式（7—6）得vv v hc hv ~10310626.61060.1 11060.110~8341919⨯⨯⨯=⨯=⨯⨯===---焦耳伏库仑 故 13341980490010310626.61060.1~---=⨯⨯⨯⨯=米v = 8049厘米-1 4 (1)钠低压放电管发出A5890=λ的黄光，其多普勒宽度为A 0197.0=∆λ，计算黄光频率、频宽及其相干长度。
（2）又一氦一氖激光器发出波长为6328A，试求此激光器的相干长度。
解：（1）钠黄光的频率为Hz cv 14810100934.5105890103⨯=⨯⨯==-λ 将c v =λ微分得： 0=∆+∆v v λλ即 ： v v λλ∆-=∆ 负号表示λ∆增加时，v ∆减少。
【光学】现代光学基础
2
m r
kzre22
4ze02r（21）
玻尔引用量子论，提出一个假设：
电子的角动量 m，r只能等于 的整数倍。
2
mr n 2n（主量子数）=1，2，3，……
由（1）和（2）式得：
r n2
2
42me2zk （3）
（2）
2e2 zk
n
（4）
EnEpEk1 2m 2(kzr2 e)
22mn4 2z e22k2 . 8m 242en 12n 123m 2242e2
这种过程叫做受激发射。受激辐射原子数为：
n2 1B2n 12u()
B2：1 受激辐射爱因斯坦系数， B21u(称)为受激辐射速率。用
W表2示1
n2 1n2W21
只有当外来光子的能量 21E2时E1，才能引起受激辐射。而且受
激辐射发出来的光子与外来光子具有相同的频率，相同的辐射方向， 相同的偏振态和相同的位相。
n3
wn 2 w 23 n 2 A 31 A 32
n2 n1
w 12
wA 32 A 31 A 32
w 23 A 32 A 31 A 32
A 21
w 23
.
由于： A 32 A 31 w w 12
n2 w n1 A 21
可见，使外界抽运速率足够大时，就有可能使 w A，21从而使 n2这n1
=1
R1R2e2()l
( )l ln 1
R1 R2
由此可(见) ，(只n2有当n1粒) 子c82反A2转21 数达到一定数值时，光的增益系数才足够
大，以致有可能抵偿光的损耗，从而使光振荡的产生成为可能。
.
§9—5 激光的单色性
从物理光学的角度来看，光波在腔内多次来回反射所形成的各级反射 波必然会产生干涉，而干涉的结果，会提高最后发射的激光的单色性。
第八节现代光学系统
z f '时，可得
0 f
说明 与 0和 f 有 关，要想获得较小的 和加大 f ， 即采用长焦距透镜。
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，必须减小 0
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二、 傅里叶变换光学系统
1. 平面波的复振幅分布和空间频率 2. 夫琅和费衍射和傅里叶变换 3. 傅里叶变换与光学信息处理
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• 粒子束泵浦：高压气体激光器； • 化学泵浦：可分为直接泵浦、能量转移泵浦和光
分解泵浦；
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• 4、激光光束（高斯光束）的特性
– 激光作为一种光源，其光束截面内的光强分部 是不均匀的，即光束波面上各点的振幅是不相等 的，其振幅A与光束截面半径r 的函数关系为： 光束波面的振幅A呈高斯函数分布
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2 夫琅和费衍射和傅里叶变换
二维函数 f ( x, y )在满足了普遍的傅里叶 后可以表示为 :
积分存在的条件
f ( x, y ) F (u , v ) exp[ i 2 (ux vy )] dudv
F (u , v ) f ( x, y ) exp[ i 2 (ux vy )] dxdy
当z时R(z)， 高 斯 光 束 的成 波平 面面 又波 变。
结论：高斯光束在传播过程中，光束波面的曲率半径由无穷大 逐渐变小，达到最小后又开始变大，直至达到无限远时变成无 穷大。
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令双曲线的渐近线与束光对称轴 高斯光束的发散角
的 夹 角 为， 常 又 称 为 高 斯 光 束
的孔径角。
式(11 39)可写成 :
E~(x,
y)
C f
exp
ik (
f
x
2 2f
第八章现代光学基础
n2 ：处于能级E2的原子数 A21：自发辐射爱因斯坦系数
自发辐射是无规的（方向、初位相）
受激辐射: 外来激励下，原子由高能态低能态，放出光子
h
h h E
E2
1
受激辐射光子数：
' n21 B21n2u
B21—— 受激辐射爱因斯坦系数
受激辐射与外来光子具有相同频率、相同方向、 相同初位相和偏振态
谐振腔——法布里-珀罗干涉仪 当
2nl k 透射（输出）干涉主最大
c k 2nl
n：工作物质折射率
：共振频率
谐振腔作用：
1. 光振荡实现光放大。
2. 选频——激光输出有几个频率，某一个称为一个纵模 如同法-珀，每一个纵模有一定的线宽
8.6 激光的相干性
1. 时间相干性
1
相干长度：l=c
c l
2.空间相干性 激光在谐振腔内振荡的过程中，在光束横截面上形成各 种不同形式的稳定分布，这种稳定分布称为激光束的横 向模式，简称横模。——由反射镜衍射引起
横模
低次模式 TEM00 ——高斯分布 高次模式 TEMmn TEM21
*8.7 激光器的种类
产生激光的两个必要条件：
1. 粒子数反转分布（要有激活介质，激励能源） 2.
' n21 n2 B21u
n 1 h / kT ~ 10 12 n21 e 1
T=50000K，
' 21
受激辐射光子数
<< =
自发辐射光子数
要实现光放大，必须：受激辐射光子数大于自发辐 射光子数
二、光学谐振腔
作用: 使得在某一方向上实现受激辐射占主导地位的装置。
08-现代光学基础
基态
原子吸收外来电磁辐射或一个外来光子， 原子吸收外来电磁辐射或一个外来光子， 就从一个较低能级跃迁到一个较高能级 激发态 会自发的辐射出一个光子，使其 会自发的辐射出一个光子， 从激发态跃迁到一个较低能级
处于激发态的原子是不稳定的 自发辐射
12
设原子在能级E 之间发生跃迁， 设原子在能级 1与E2（E2> E1）之间发生跃迁，吸收的或辐 射出的光子能量为 h，则 ，
1
一.玻尔氢原子理论 玻尔氢原子理论
为了从原子结构出发来说明发光的基本原理， 为了从原子结构出发来说明发光的基本原理，先看一下玻 尔的氢原子理论。 尔的氢原子理论。 为了解释氢原子光谱，玻尔提出了三个基本假设： 为了解释氢原子光谱，玻尔提出了三个基本假设： 1.原子系统只能具有一系列不连续的能量稳定状态（定态）状 原子系统只能具有一系列不连续的能量稳定状态（ 原子系统只能具有一系列不连续的能量稳定状态 定态） 相应的能量分别为E 态，相应的能量分别为 1、E2… … （E1<E2< … … ）。 2.只有当原子从一个具有较高能量 n的稳定状态跃迁到另一个 只有当原子从一个具有较高能量E 只有当原子从一个具有较高能量 具有较低能量E 的稳定状态时原子才发射单色光，频率ν 具有较低能量 k的稳定状态时原子才发射单色光，频率νkn由 下式决定 E −E
v nh m = r 4π 2mr 3
2
2= 即 2 3 2 4π mr 4πε 0 r
我们得到量子化的第n个稳定轨道的半径 我们得到量子化的第 个稳定轨道的半径
h ε0 2 rn = n 2 πmze
n = 1,2,3,L
电子绕核运动时，只能在满足上式的轨道上运动， 电子绕核运动时，只能在满足上式的轨道上运动，电子现 在成了有轨电车，只能在这些特殊轨道上运动， 在成了有轨电车，只能在这些特殊轨道上运动，但它同时也是 个跳蚤，玻尔允许它跳车，但不允许它到处闲逛， 个跳蚤，玻尔允许它跳车，但不允许它到处闲逛，只允许它落 在另一个轨道上巡游，直到它要再跳为止。 在另一个轨道上巡游，直到它要再跳为止。 6
现代光学的基础
费马原理是一个描述光线传播行为的原理：光线沿光程为平稳值的路径传播。
即：⎰-PQds r n 平均值)(数学表达式：⎰==PQl L ds r n QP L )()()( 0)(L 0)(==⎰l ds r m PQδ或2.光程性原理求由聚光纤维薄片制成的微透镜焦距公式 利用物像等光程性有()(''QOQL QMQ L =22'22''')()()(hx nh s n MQ n QM n QMQ L +∆-++∆+=+=x n ns QOQ L '')(+=由于是薄片微透镜，所以x r s ,,<<∆于是)1()(),1()(,22222222∆-+≈+∆-∆++≈+∆+∆≈xx r x h x ss r s hs r h代入光程方程 x n ns xx r x n ss r ns '2'2)1()1(+=∆-++∆++)('恰巧被消除∆∆--=∆+x xr n s s r nxx r nss r n--=+'rn n xn sn -=+''令∞→s 像方焦距或称后焦距 r nn nf -='''令∞→'s 物方焦距或称前焦距 r nnf -='222100sin .n n n A N -==θ（0θ为外界入射光束与轴线之间的最大孔径角）⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧∂∂=⨯∇=⋅∇∂∂-=⨯∇=⋅∇t EH H t H E E 0000εεμμ平面波 )cos(),(0ϕω-⋅-=r k t A t r U)0设(),(0~=⋅=⋅-⋅ϕt k i r k i e Ae t r U复振幅 )cos cos (cos )(~,U z y x ik z k y k x k i rk i AeAeAe t r z y x γβα++++⋅===）（球面波 )cos(),(01ϕω-⋅-=r k t r a t r U )0(),(01~=⋅=-⋅ϕω设ti rk i eera t r U复振幅22222211~)(zy x k i rik ezy x a era P U ++⋅⋅++==)(发散球面波2221~)(z y x r er a P U rik ++==⋅-， )(汇聚球面波2020201~)()()()(z z y y x x r ea P U rik -+-+-==⋅±，（轴外源点）平面波 波前函数 （（z=0）平面上）xik Aey x U θsin ~),(=球面波 波前函数 ①2221~),(r y x r e r a y x U rik ++==⋅，（发散球面波） ②2221~r ),(++==⋅-y x r era y x U rik ，（汇聚球面波）例题：已知一列波长为λ的光波在（x ，y ）接受面上的波前函数为fxi Aey x U π2~),(-=其中常量f 的单位为1-mm，试分析与波前函数相联系的波的类型与特征。
物理光学-第七章-现代光学基础1综述
E1
设 n1 、n2 —E1 、E2 原子密度。 单位体积中单位时间内，从E2 E1自发辐射的光子数：
dn21 n2 dt 自发
n21 n2 A21
A21为自发辐射爱因斯坦系数
10
3．受激辐射 (stimulated radiation) n2 E2 hn
条件： hn 21 E2 E1 E1
比较：
单色能量密度
u (n )
B12e
hn kT
A21 B21
A21 / B21 B12 hn e B21
3
kT
1
得：
B12 B21 B
A21 8 hn 3 B21 c
14
§8.3 粒子数翻转
普通光源-----自发辐射
激光光源-----受激辐射
激光又名镭射 (Laser)， 它的全名是 “辐射的受激发射光放大”。 (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)
u (n ) A21 n1 B12 B21 n2
玻尔兹曼定律： n
E2 E1 hn exp exp n1 kT kT
2
u (n )
A21 B12ehv kT B21
13
对于黑体辐射:
8 hn 3 1 u (n ) c3 ehn kT 1
20
六十年代初对发明激光有贡献的三位科学家。 1964年获诺贝尔物理奖。
巴索夫
汤斯
普罗恰洛夫
21
§8.4 光震荡
B21n2 u(n ) n21
n21 n2 A21
受激辐射和自发辐射光子数之比：
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二,谐振腔的共振频率和纵模
谐振腔——法布里-珀罗干涉仪 法布里谐振腔 法布里 当
2nl = kλ
透射(输出) 透射(输出)干涉主最大
即:ν = k c 2nl
n:工作物质折射率
ν:共振频率
谐振腔作用: 谐振腔作用: 1. 光振荡实现光放大. 光振荡实现光放大. 选频——激光输出有几个频率,某一个称为一个纵模 激光输出有几个频率, 2. 选频 激光输出有几个频率 如同法 如同法-珀,每一个纵模有一定的线宽
三,四能级系统
E4
亚稳态 E3 —亚稳态 E2 E1
E3 ,E2间粒子数反转分布,由于 2本身是激发态, 间粒子数反转分布,由于E 本身是激发态, 粒子数少, 粒子数少,容易实现粒子数反转 He-Ne激光器 He-Ne激光器 CO2 激光器
8.4 光振荡
一,受激辐射与自发辐射
处于高能态的原子除受激辐射外,也发生自发辐射 处于高能态的原子除受激辐射外, 受激辐射外 自发辐射 n 21 = n 2 A21
第八章
现代光学基础
8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9
原子发光的机理 光与原子相互作用 粒子数反转 光振荡 激光的单色性 激光的相干性 激光器的种类 全息照相 光盘存储技术
8.1 原子发光的机理
激光(Laser): 激光 Light Amplification of Stimulated Emission of Radiation 种类:固体激光器——1960年(红宝石,美国休斯实验室) 种类:固体激光器 年 红宝石,美国休斯实验室) 气体激光器——1961年(He-Ne,美国贝尔实验室 气体激光器 年 , 半导体激光器——1962年(砷化镓) 半导体激光器 年 砷化镓) 化学激光器——1964年 化学激光器 年 液体激光器——1966年(无机液体) 液体) 液体激光器 年 无机液体 可调谐染料激光器——1975年(有机液体) 液体) 可调谐染料激光器 年 有机液体 准分子激光器——1977年 准分子激光器 年
hν
E2 E1
自发辐射光子数: 自发辐射光子数:
只辐射特定频率ν 只辐射特定频率ν 的光子 n2 :处于能级 2的原子数 处于能级E
E2 E1 = hν
自发辐射是无规的(方向,初位相) 自发辐射是无规的(方向,初位相) 受激辐射:外来激励下,原子由高能态→低能态, 受激辐射:外来激励下,原子由高能态→低能态,放出光子 高能态
三,液体激光器
工作物质:有机化合物, 工作物质:有机化合物,无机化合物 如染料激光器 工作物质:染料(有机物化合物) 工作物质:染料(有机物化合物) 通过光激励(氮分子激光器,闪光灯,固体激光 通过光激励(氮分子激光器,闪光灯, 器等)形成粒子数反转, 器等)形成粒子数反转,四能级系统 特点: 光谱谱带很宽,可选择不同的染料,溶剂, 1. 特点: 光谱谱带很宽,可选择不同的染料,溶剂, 浓度,温度,调节谐振腔等选择输出波长(可调谐) 浓度,温度,调节谐振腔等选择输出波长(可调谐) 2. 效率高
8.6 激光的相干性
1.激光的时间相干性 1.激光的时间相干性
ν =
1
τ
相干长度:l=τ 相干长度:l=τc
2.激光的空间相干性 2.激光的空间相干性
c l= ν
激光在谐振腔内振荡的过程中, 激光在谐振腔内振荡的过程中,在光束横截面上形成 各种不同形式的稳定分布, 各种不同形式的稳定分布,这种稳定分布称为激光束的 横向模式,简称横模. 横向模式,简称横模.——由反射镜衍射引起 由反射镜衍射引起 单模 TEM00 ——高斯形分布 高斯形分布 横模 多模 TEMmn TEM21
四,半导体激光器
工作物质: 工作物质:半导体材料 如砷化镓激光器 结工作区实现粒子数反转分布, 在PN结工作区实现粒子数反转分布,晶体自然界面 结工作区实现粒子数反转分布 构成谐振腔平面 特点: 特点: 体积小; 1. 体积小; 质量轻; 2. 质量轻; 消耗小; 3. 消耗小; 单色性差. 4. 单色性差.
的原子数: 从能级E1 → E2 的原子数:
n12 ∝ n1u (ν )
u(ν):光的辐射能密度 u(ν
n12 = B n1u(ν ) 12
B12——受激吸收爱因斯坦系数 受激吸收爱因斯坦系数
二,自发辐射和受激辐射
自发辐射:自发地从高能态→低能态, 自发辐射:自发地从高能态→低能态,放出光子 高能态
8.9 全息照相
平面像 一般照相: 一般照相:记录光强 I ∝ A ——平面像 立体摄影:记录几个方向的平面像,再用立体视镜, 立体摄影:记录几个方向的平面像,再r + 0 )
2
全息照相:既能记录光波振幅,又能记录位相信息的照相 全息照相:既能记录光波振幅, 技术. 技术.又称全息术 由杨氏双缝干涉实验: 由杨氏双缝干涉实验:
' n 21 = n 2 B 21u (ν ) 若辐射源温度约为室温( 若辐射源温度约为室温(T=300K)下,
受激辐射
' n21 1 ~ 10 12 = hν / kT n21 e 1
受激辐射光子数远小于 自发辐射光子数
当T=50000K,受激辐射光子数等于自发辐射光子数. T=50000K,受激辐射光子数等于自发辐射光子数.
hν
A21:自发辐射爱因斯坦系数
hν hν E 1
E2
受激辐射光子数: 受激辐射光子数:
' n21 = B21n2u(ν )
B21——受激辐射爱因斯坦系数 受激辐射爱因斯坦系数
受激辐射与外来光子具有相同频率, 受激辐射与外来光子具有相同频率, 与外来光子具有相同频率 相同方向,相同初位相和偏振态 相同方向,相同初位相和偏振态
通过高压放电激励氖原子实现粒子数反转. 通过高压放电激励氖原子实现粒子数反转. 特点: 单色性好; 方向性好; 效率低(0.1%). 特点:1. 单色性好; 方向性好;3. 效率低(0.1%). 2. 波长: 波长:3390nm 1150nm 632.8nm
二,固体激光器
工作物质: 工作物质: 红宝石,掺钕的钇铝石榴石(YAG) (YAG), 红宝石,掺钕的钇铝石榴石(YAG),钕玻璃等 工作物质: 晶体基质中掺0.05% 工作物质:Al2O3晶体基质中掺0.05% Cr+++形成 通过强光激励(脉冲氙灯激发)实现粒子数反转. 通过强光激励(脉冲氙灯激发)实现粒子数反转. 三能级系统 特点: 小而坚固; 脉冲激光; 效率高(0.2%) 3.效率高 特点:1. 小而坚固; 脉冲激光; 效率高(0.2%) 2. 3. 波长: 波长:694.3nm
跃迁
8.2 光与原子相互作用
一,吸收
光与物质相互作用归结 为光与原子相互作用 吸收 自发辐射 受激辐射 吸收:外来激励下,原子由低能态→高能态, 吸收:外来激励下,原子由低能态→高能态,吸收光子
hν
E2 E1
E2 E1 = hν
只吸收特定频率ν 只吸收特定频率ν 的光子 n1处于能级 1的原子数 处于能级E
8.3 粒子数反转
一,受激辐射与吸收
受激辐射: 受激辐射:
hν
hν hν E 1
E2
但有外来光激励下,也同时会发生吸收, 但有外来光激励下,也同时会发生吸收,究竟是吸收占优势 还是受激辐射占优势? 受激辐射占优势 还是受激辐射占优势? 系统处于热平衡状态时, 系统处于热平衡状态时, n12 = Bn1u (ν ) ' ' n1 > n2 , n12 > n21 吸收占优势 n = Bn u (ν )
*8.7 激光器的种类
一,气体激光器
按激光器工作物质性质分类,可分为气体激光器, 按激光器工作物质性质分类,可分为气体激光器, 固体激光器,液体激光器和半导体激光器. 固体激光器,液体激光器和半导体激光器. 工作物质:He-Ne, 工作物质:He-Ne,CO2,N2 等
He——辅助气体Ne 辅助气体 工作物质: 工作物质:Ne =5 He :Ne =57:1 四能级系统
α ≥ αm
才能实现光振荡而输出激光
8.5 激光的单色性
一,谱线宽度
实际发出的激光都不是单色的,有一定的频率范围 实际发出的激光都不是单色的,有一定的频率范围—— 谱线宽度 1. 自然线宽 原子处于某一能级的寿命是有限的, 原子处于某一能级的寿命是有限的,相当辐射有限长波列 1 ν = τ:平均寿命 τ 2. 多普勒展宽 发光原子热运动,有一定的速度, 发光原子热运动,有一定的速度,由多普勒效应造成 3. 碰撞展宽 原子间碰撞 碰撞, 寿命缩短, 原子间碰撞,使寿命缩短,使谱线展宽 He-Ne激光 He-Ne激光 632.8 nm 多普勒展宽:109 Hz 多普勒展宽: 自然线宽: 自然线宽:103 Hz 碰撞展宽:108 Hz 碰撞展宽:
基态:能量最低状态,最稳定; 基态:能量最低状态,最稳定; 激发态:能量较高状态,不稳定; 激发态:能量较高状态,不稳定; 亚稳态:能量较高状态,比较稳定. 亚稳态:能量较高状态,比较稳定.
h ν hν
E4 E3 E2 E1
玻尔轨道
E2-E1=hν =hν E2-E3=hν =hν
发射光子 吸收光子
*8.7 激光器的种类
产生激光的两个必要条件: 产生激光的两个必要条件: 1. 粒子数反转分布(要有激活介质,激励能源) 粒子数反转分布(要有激活介质,激励能源) 2. 达到阈值条件 α ≥ αm (谐振腔,足够的激励能量) 谐振腔,足够的激励能量 激励能量) 达到阈值条件 构成激光器的三大要件: 构成激光器的三大要件: 1. 激励能源 2. 工作物质(激活介质) 工作物质(激活介质) 3. 谐振腔
P S1 S2
Aei 1
1
P点:
A2e
i2
λ
I = ( A1ei1 + A2 ei 2 )( A1ei1 + A2 ei 2 )*