电磁场和物质的共振相互作用.
激光原理 知识点
激光原理知识点
激光原理的知识点包括:
1.黑体和黑体辐射:黑体是一种理想化的辐射体，黑体辐射是描述黑体发出的辐射规律的理论。
2.自发辐射、受激辐射和受激吸收:这是激光产生的基本过程。
即自发辐射产生光子，受激辐射放大光子，受激吸收则吸收光子。
3.光腔理论:涉及到光腔的稳定性条件、共轴球面腔的稳定性条件、开腔模式的物理概念和行射理论分析方法、高斯光東的基本性质及特征参数等。
4.电磁场和物质的共振相互作用:描述了光和物质相互作用的经典理论。
以及谱线加宽和线型函数等概念。
5.激光振落特性:涉及到激光的特性，如相干性好、方向性好、单色性好、亮度高，这些特性可以归结为激光具有很高的光子简并度。
6.光子简并度:是描述激光光子相干性的物理量。
7.光的多普勒效应:描述了光波在运动中由于光源和观察者的相对运动而产性频率变化的现象。
8.均匀增宽与非均匀增宽:描述了光谱线增宽的两种类型，均匀增宽通常是由于原子或分子的自然热运动引起的，而非均匀增宽则通常是由于原子或分子之间的碰撞弓|起的。
9.自然增宽和多普勒堵宽:自然增宽是由于原子或分子自旋的统计分布引起的，多普勒增宽是由于原子或分子的热运动引起的。
以上只是简单的列举，实际上激光原理所涵盖的知识点还有很多，需
要系统学习和实践。
制表：审核：批准：。
电磁场辐射对物质的作用机制及其应用
电磁场辐射对物质的作用机制及其应用电磁场辐射是指电磁波向外传播时所带有的能量和信息。
在我们的日常生活中，电磁场辐射随处可见，比如无线电、电视、手机、微波炉等，这些设备都会产生电磁场辐射。
虽然电磁场辐射不可避免，但它也会对我们的身体和周围环境产生影响。
因此，了解电磁场辐射对物质的作用机制及其应用，对我们理解和应对电磁场辐射的影响具有重要意义。
一、电磁场辐射的作用机制电磁场辐射主要通过电磁波的振动传播，与物质相互作用。
具体来说，电磁波振荡时，它的电场和磁场都会对物质内的原子、分子等带有电荷的粒子进行作用。
当电磁波频率相对低时，电场作用于物质中带电粒子的位置发生变化，而磁场则对物质中的带电粒子磁矩产生作用。
当电磁场辐射频率较高时，它的能量已经足够大，直接对物质中的电子进行作用，从而使物质发生变化。
电磁场辐射的电场和磁场在空间中以不同的方向振动，一般情况下，它们是相互垂直的。
根据电场和磁场振荡的方向和频率不同，电磁场辐射可以分为不同的类型，例如，可见光、红外线、紫外线、X射线等。
不同类型的电磁场辐射对物质的作用机制也不同。
二、电磁场辐射对物质的作用电磁场辐射对物质的作用可以分为直接作用和间接作用两种。
1. 直接作用电磁场辐射能够改变物质的物理和化学性质，比如可以使物质产生电离、激发光谱等。
当电磁场辐射对物质中的电子进行作用时，它们可能会失去或者获得能量，从而使物质分子的化学键破裂或形成新的化学键。
当电磁场辐射频率高到一定程度时，它对物质中的分子和原子进行电离，从而产生电子、离子等。
2. 间接作用电磁场辐射还能通过物质内部的电磁场、热效应、化学效应等方式间接作用于物质。
例如，当电磁波穿过导体时，会引起电流产生，从而产生热效应，这就是微波炉或电磁炉的基本原理。
此外，电磁波还可以改变物质的介电常数，或使物质中的自由电子发生共振，从而影响物质的性质。
三、电磁场辐射的应用电磁场辐射具有广泛的应用范围。
其中，计算机、手机、通讯设备等高科技电子产业，都必须依靠电磁场辐射来进行信号传输和数据处理。
核磁共振成像原理主要依据
核磁共振成像原理主要依据
核磁共振成像（NuclearMagneticResonanceImaging，简称MRI）作为一项新兴的诊断手段，使用自然磁场和射频脉冲对物质进行研究，可以对物体或活体器官进行内部细致的影像检查，进而提供判断和诊断基础。
但是，MRI的原理主要依据是什么？
核磁共振成像的基础原理主要来源于高频电磁场，以及物质中原子核和磁场之间的相互作用。
原子核有一种称为磁性的特性，将它们放入一个外部磁场中，可以改变原子核的极性，引起其它原子核的反应。
经过一系列的激发，原子核将会散发出自身的能量，这些能量是磁场和原子核经过反复激发过程后形成的，它们的特征和参数将取决于激发的物质的类型和核素的数量。
MRI原理中，射频脉冲技术也发挥着非常重要的作用。
在核磁共振之前，需要先用大功率的射频脉冲将检查物质中的各种原子核激发起来。
射频脉冲具有各种不同的参数，例如频率、持续时间、功率和频宽等，这些参数会影响到体系中的磁场分布，并决定了MRI的数据及检查结果。
随着科技的进步，射频脉冲技术也在不断改进，在极小的频宽内传输更多数据，从而改善MRI检查质量和准确性。
另外，新开发的高梯度磁场技术也使得MRI更加清晰，它可以让磁场变得更准确，从而让MRI检查更加清晰细致。
总之，MRI原理主要依据是高频电磁场，以及原子核与磁场之间的相互作用，而射频脉冲和高梯度磁场技术也是MRI检查的重要部分，
它们的改进也让MRI的画质更加清晰，使得精准诊断成为可能。
磁场共振原理
磁场共振原理
磁场共振原理是指当外加交变电磁场频率与物体本身的固有频率相同时，物体会出现共振现象。
在磁场共振状态下，电磁场能量会被有效地传递给物体，从而引起物体的共振运动或共振响应。
磁场共振原理是基于物体的固有频率与外加电磁场频率之间的相互作用。
当物体的固有频率与外加电磁场频率相同或接近时，物体会吸收大量的电磁场能量，从而形成共振现象。
根据磁场共振原理，可以利用外加电磁场的频率来探测或激发物体的固有频率。
这一原理在磁共振成像等领域具有广泛应用。
例如，磁共振成像利用磁场共振原理，通过对被检物体施加外加磁场和射频脉冲，使被检物体的核磁共振发生，进而得到被检物体的结构和组织信息。
在实际应用中，磁场共振原理还可以用于激发和探测其他物体的固有频率。
例如，利用磁场共振原理可以实现无线能量传输，即通过外加磁场的共振作用，将能量有效地传输到接收物体上。
总之，磁场共振原理是基于物体固有频率与外加电磁场频率之间的相互作用，当频率相同时，物体会出现共振现象。
这一原理在磁共振成像和无线能量传输等领域有着重要的应用。
激光原理第四章答案1
气体的碰撞线宽系数 估算,根据 气体的碰撞线宽与气压p的关系近似为
可知,气体压强为 时的碰撞线宽约等于碰撞线宽系数.
再由 和 ,其中
可估算出其值约为
当 时，其气压为
所以，当气压在 附近时以多普勒加宽为主，当气压比 大很多时，以均匀加宽为主。
5．氦氖激光器有下列三种跃迁，即 的632.8nm， 的 和 的 的跃迁。求400K时它们的多普勒线宽，分别用 、 、 为单位表示。由所得结果你能得到什么启示？
(2)在 时间内自发辐射的光子数为：
所以
(3)量子产额为：
无辐射跃迁导致能级2的寿命偏短，可以由
定义一个新的寿命 ，这样
7．二能级的波数分别为 和 ，相应的量子数分别为 和 ，上能级的自发辐射概率 ，测出自发辐射谱线形状如图4.1所示。求
(1)中心频率发射截面 ；
(2)中心频率吸收截面 。
(能级简并度和相应量子数的关系为 ，可设该工作物质的折射率为1.)
解：实验方框图如下：
实验程序以及计算公式如下：
(1)测量小信号中心频率增益系数：移开红宝石棒，微安表读数为 ，放入红宝石棒，微安表的读数为 ，由此得到小信号增益系数为
减小入射光光强，使小信号增益系数最大。然后维持在此光强，微调单色仪鼓轮以改变入射波长(频率)，使小信号增益系数最大，此最大增益系数即为小信号中心频率增益系数 。
式中 和 分别为镜 开始移动的时刻和停止移动的时刻； 和 为与 和 相对应的 镜的空间坐标，并且有 。
得证。
3.在激光出现以前， 低气压放电灯是很好的单色光源。如果忽略自然加宽和碰撞加宽，试估算在77K温度下它的605.7nm谱线的相干长度是多少，并与一个单色性 的氦氖激光器比较。
激光原理知识点汇总201905
激光原理知识点汇总第一章电磁场和物质的共振相互作用1.相干光的光子描述，光的受激辐射基本概念1)1960年7月Maiman报道第一台红宝石固体激光器，波长694.3nm。
2)光的基本性质：能量ε=hνh: Planck常数，ν :光波频率运动质量m=ε/c2=hv/c2静止质量0动量knhnchnmcp=•===22λππν3)光子的相干性：在不同的空间点、不同时刻的光波场某些特性的相关性相干体积相干面积，相干长度，相干时间光源单色性越好，相干时间越长：相格空间体积以及一个光波摸或光子态占有的空间体积度等于相干体积属于同一状态的光子或同一模式的光波是相干的4)黑体辐射的planck公式在温度T的热平衡下，黑体辐射分配到腔内每个模式上的平均能量1-=kThehEνν腔内单位体积、单位频率间隔内的光波摸式数338chnνπν=Planck公式：11833-==kThechνννπρ单色能量密度，k：Boltzmann常数Bohr定则：νhEE=-125)光的受激放大a.普通光源在红外和可见光波段是非相干光，黑体是相干光黑体辐射的简并度KTnmnmKTnmKTncmKTkThhEn50000,1,110,6.0,3001,60,30010,30,3001)exp(1353=≈=≈==≈==≈==→-==-μλμλμλλννb.让特定、少数模式震荡，获得高的光子简并度21212121338AWABchn===ννρνπρ6)光的自激振荡a.自激振荡概念分数单位距离光强衰减的百自损耗系数)(1)(zIdzzdI-=αdzzIIgzdI)(])([)(..α-=考虑增益和损耗])ex p[()(0zgIzIα-=αααsmsmIgIIIgIg)(1)(0-=→=+=光腔作用: (1)模式选择; (2）提供轴向光波摸的反馈；b.震荡条件等于号是阈值振荡ααα≥→≥-=000)(gIgI sm是工作物质长度llgL...........0δδα≥→=lg0单程小信号增益因子7)激光的特性：单色性、相干性、方向性、高亮性。
电磁共振耦合的原理是
电磁共振耦合的原理是
电磁共振耦合是指在一定条件下，两个或多个物体之间的电磁场能量相互传递和交换的现象。
它的原理可以通过以下几点来解释：
1. 共振频率匹配：当两个物体具有相近的共振频率时，它们的电磁场能量更容易相互传递。
共振频率是指物体在受到外界激励时，产生最大振动或响应的频率。
当物体的共振频率相近时，它们会出现相互放大的现象。
2. 电磁感应：当一个物体发生电磁感应时，它会生成电流和磁场。
这个电流和磁场可以穿过另一个物体，从而在另一个物体中产生感应电压。
这种感应现象使得两个物体可以通过电磁耦合相互传递能量。
3. 磁场耦合：在电磁共振耦合中，物体之间的电磁场能量主要通过磁场相互传递。
当一个物体产生磁场时，它的磁场会穿过另一个物体，从而在另一个物体中引起感应电流和磁场。
4. 能量转移：经过电磁共振耦合，能量可以从一个物体传递到另一个物体，而不需要物体之间的直接接触。
这种能量传递可以用于实现无线能量传输、无线充电和数据传输等应用。
需要注意的是，电磁共振耦合的实现需要满足一定的条件，包括共振频率匹配、适当的距离和合适的耦合结构等。
同时，由于共振耦合的高效性和非接触性，它
也会带来一些挑战，如能量损耗和对环境的影响等。
因此，在实际应用中需要综合考虑各种因素来设计和优化电磁共振耦合系统。
电磁场的辐射和相互作用机制
电磁场的辐射和相互作用机制随着科技的发展和社会的进步，我们日常生活中不可避免地与电磁场产生接触。
然而，电磁场的辐射和相互作用机制一直以来都是一个备受关注的话题。
本文将从电磁场的辐射和相互作用机制的角度进行深入探讨。
首先，我们来了解一下电磁场的辐射机制。
电磁场的辐射是指电磁波通过空间传播的过程。
当电子在加速运动或产生振荡时，就会激发电磁波的辐射。
这种辐射是由电子的运动产生的，并以光速在空间中传播。
电磁波的传播遵循着麦克斯韦方程组，其中包括麦克斯韦方程和洛伦兹力定律。
通过这些方程可以推导出电磁波的速度、频率、波长等参数。
接下来，我们将探讨电磁场的相互作用机制。
电磁场是由电荷和电流产生的，因此与电荷和电流的相互作用密不可分。
当电磁波通过一个物体时，它与物体中的电荷和电流相互作用，从而引起物体的响应。
这种相互作用可以是吸收、反射或传输。
吸收是指物体吸收电磁波的能量，使其转化为内部能量。
反射是指电磁波遇到物体表面时发生的反射现象，使波的方向改变。
传输是指电磁波穿过物体而不改变其传播方向。
在电磁场的相互作用中，特别需要注意的是电磁波与物体之间的共振现象。
共振是指当物体的固有频率与电磁波的频率相匹配时，会发生能量的传递和放大。
这种共振现象在无线通信、雷达和光学器件等领域中得到广泛应用。
通过调节电磁波的频率，可以达到与物体共振并实现所需效果的目的。
另外，电磁场还具有与物质密切相关的相互作用机制。
电磁场与物质之间的相互作用主要涉及电磁感应、电磁感受性和电磁感应素的概念。
电磁感应是指当磁场发生变化时，就会在磁场发生变化的区域内感应出电场。
这一现象是由法拉第电磁感应定律描述的。
电磁感受性是指物质对电磁场的敏感程度，不同物质具有不同的电磁感受性。
电磁感应素是用来描述物质对电磁场感应程度的物理量。
通过对电磁感应的研究，我们可以深入了解电磁场与物质之间的相互作用机制。
综上所述，电磁场的辐射和相互作用机制在科学研究和实际应用中具有重要的意义。
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3.晶格振动加宽
• 由于晶格原子的热振动，镶嵌在晶体里的激活离子处 在随时间变化的晶格场中,导致其能级的能量值在一定范 围内发生变化从而引起谱线加宽
• 晶格热振动对所有发光离子的影响是相同的,属均匀加
宽。晶格振动加宽是固体工作物质主要均匀加宽因素
二、非均匀加宽－不同的原子向不同的频段发射光
~ n ,n g L 0 Dn L 2
2
n n 0
Dn L 2
2
碰撞加宽 Dn L
1
t L
Dn L －碰撞线宽
t L －(平均)碰撞时间(发生碰撞的平均时间间隔)
• 碰撞加宽－压力加宽
充气压原子(分子)间碰撞次数碰撞加宽宽度
Dn L p
比例系数； P-压强
第四章 电磁场和物质的共振相互作用
• 激光器理论简介
(1) 经典理论－经典原子发光模型
电磁场(Maxwell方程组) 原子体系(经典力学的振子) 光的吸收、色散；自发辐射及自发辐射谱线宽度
(2)半经典理论－兰姆理论（Lamb,1964)
激光辐射场－经典电磁场（Maxwell方程组） 原子体系－薛定谔方程描述的量子力学系统
• 激光器理论简介（续）
(2)半经典理论 场对介质的作用－薛定谔方程中的微扰哈密顿量
介质对场的作用－Maxwell方程中的极化强度项
(3)(全)量子理论－量子电动力学理论处理方法
辐射场与原子作为统一的物理体系，作量子化处理
(4)*速率方程理论－量子理论的简化形式
电磁场(量子化的辐射场－光子)& 介质原子相互作用 忽略光子的相位和光子数的起伏特性, 只讨论光子数 (即光强)
• 阻尼系数 ( ~ 自发辐射寿命ts
p t x t
2
洛仑兹线型
p t P0 e t
s
dn2 t Pt hn n20hnA21e t t dt P0
1 ts
~ n ,n g N 0
1 2t s 2 4 2 n n 0 2
t1
若跃迁发生激发态－激发态
Dn N DE2 DE1 1 1 h 2t 1 2t 2
t1， t2 －能级1和能
级2的寿命
2.碰撞加宽(Collision Broadening)
原子之间的无规“碰撞”造成的
•弹性碰撞: 自发辐射波列相位发生突变,波列长度 •非弹性碰撞: 内能转移,等效激发态寿命
CO2 ： =49kHz/Pa He3:Ne20(7:1) =720kHz/Pa
均匀加宽－引起加宽的物理因素对每个原子都等同,每 个发光原子都按整个线型发光
均匀加宽线型函数
~ n ,n g H 0 Dn H 2 n n 0 2 Dn H 22
•自然加宽 & 碰撞加宽同时存在
n’ =n1v /c)
z
n’n0
n n 0 1
vz vz n 1 n 0 0 c c
vz 1 c
• 速度为vz的运动原子与z向传播的光波相互作用时，原子表现 出来的中心频率（表观中心频率）为 n 0
• •
谱线宽度 Dn 两种加宽机制：均匀加宽、非均匀加宽
一、均匀加宽(Homogenous Broadening) 自然加宽、碰撞加宽、晶格振动加宽
1. 自然加宽 (Natural Broadening)
由于原子在激发态的有限寿命引起
＋
x －
2 x x 0 x0 2 e20 其中 6 0c3m
Dn H 1 2
仍为洛仑兹函数
1 2 t t Dn N Dn L L s
• 无辐射跃迁 固体中激发态离子和晶格相互作用，离子内能转化 为晶格热运动能量。等效于激发态寿命 谱线线型－均匀加宽 谱线宽度
Dn H 1 2t
洛仑兹线型
1
t1ts Nhomakorabea
1
ts
很小
xt x0e e
2
t
i0t
傅里叶变换
x n
2
x0 i n 0 n 2
xt x0e 2 ei0t
p n dn x n dn
2
t
x n
2
x0 i n 0 n 2
p pn dn
pn ~ g N n ,n 0 p 22 4 2 n n 0 2
气体中的多普勒加宽和固体物质中的晶格缺陷加宽
1.多普勒加宽 (Doppler Broadening)
热运动的发光粒子发出的光存在多普勒频移造成加宽
光学多普勒效应
光源n0 Vz<0 Vz>0 n 接收器
n n 0
1 v z c 1 v z c
vz c 1
vz n n 0 1 c
1ts
谱线宽度Dn N
1 2t s
• 能级寿命引起的谱线加宽的量子解释
DE2
测不准关系：时间与能量不能同时精确测定 • 原子能级寿命t ～ 原子的时间不确定值 • 原子能级不能用某一确定数值来表示，
DE
DE1
t
h 2
DE2
t2
若跃迁发生激发态－基态
Dn N 1 2t 2
DE1
vz n 0 1 n0 c
Vz>0 运动原子与光传播方向相同；
Vz<0 运动原子与光传播方向反向
• 求多普勒加宽的线型函数
V
1.原子数按Vz的分布－Maxwell分布
Vz>0 原子沿光传播方向运动； (朝接收器)
Vz<0 原子反光传播方向运动 (离开接收器)
• 受激辐射的多普勒效应（一维情况）
感受光波的 运动原子
vz
单色光波 运动原子
假想光源 感受光波的接收器
假想光源
n
若Vz=0
沿z向运动
原子感受频率 n
nn0 时, 共振相互作用最大 n’n0时, 共振相互作用最大
§4.3 谱线加宽与线型函数
•
p(n)
谱线加宽 p(n)
dn21 P hn n2 A21hn dt
P Pn dn
Dn
•
~n ,n 线型函数－表示谱线形状 g 0
n0
n
P n ~ g n ,n 0 P
[s]
~n ,n dn 1 g 0