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。
磁共振充电原理
磁共振充电原理
磁共振充电原理是一种新型的无线充电方式，其原理基于磁共振现象。
具体来说，当一个电磁场与物质中的共振频率相同时，能量可以被传递到物质中，从而实现无线充电。
在磁共振充电系统中，发射器产生一个电磁场，其频率与接收器共振频率相同。
接收器中的共振线圈接受电磁场中的能量，并将其转换成电能，以供电子设备使用。
由于磁共振充电系统只能传递能量到共振频率相同的接收器，因此这种充电方式非常安全，不会对其他设备产生干扰。
磁共振充电原理还可以应用于无线充电汽车等领域。
在这种情况下，发射器可以放置在汽车停车场的地面上，而接收器则嵌入在汽车底部。
当汽车停放在发射器范围内时，接收器就能够接收到能量并进行充电。
总的来说，磁共振充电原理的优点包括高效、安全、方便等。
未来，这种充电方式将有望在各种电子设备和汽车领域得到广泛应用。
- 1 -。
激光原理背诵版(整理)
32.激光器三要素：工作物质、泵浦源、光学谐振腔
33.工作物质：提供受激辐射的能级结构
34.泵浦源：将低能级粒子抽运到高能级，实现粒子数反转
激光原理重点汇整
第1章 电磁场和物质的共振相互作用
1.电磁场和物质的共振相互作用：自发辐射、受激辐射、受激吸收。在热平衡条件下，自发辐射为主，使受激辐射占优的前提是实现粒子数的反转分布。
2.自发辐射和受激辐射的区别：自发辐射是随机的，各光子之间无关联性，受激辐射是相干光（频率、相位、波失、偏振均相同）；自发辐射是非相干光，受激辐射是相干光；
30.共焦腔与稳定球面镜腔的等价性：任何一个共焦腔可以与无穷多个稳定球面腔等价，任何一个稳定球面镜腔只能有一个等价共焦腔。
31.已知球面镜腔的的R1、R2、L，求z1、z2、和f，z1=负的L(L-R2)除以[(L-R1)+(L-R2)]，z1=L(L-R1)除以[(L-R1)+(L-R2)]，f平方=负的L（L-R1）（L-R2）（L-R1-R2）除以[(L-R1)+(L-R2)]平方
11.气体激光物质：碰撞加宽+多普勒加宽，气压低时以多普勒加宽为主（非均匀加宽），气压高时以碰撞为主（均匀加宽）。
12.固体激光物质：晶格振动加宽+晶格陷阱加宽，参杂及缺陷少时以晶格振动加宽为主(均匀加宽)，低温下为非均匀加宽。
13.液体激光物质：碰撞加宽
14.常见均匀加宽激光工作物质：红宝石、YAG、二氧化碳（＞1330帕）、砷化镓
32.非稳腔：高功率即大能量输出的激光器常为非稳腔，非稳腔内存在一对共轭像点，从共轭像点发出的球面波是腔内的自再现模。
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。
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和
线 型
线型函数在 0 时有最大值 g%,0 , g%,0 下降至最
函 数
大值的一半时对应的频率记为0 2 ，则有：
g% 02,0g% 20,0
则 称为谱线宽度。
引起谱线加宽的各种机制不同，加宽分为：
➢均匀加宽（自然加宽、碰撞加宽、晶格振动加宽）
4.
➢非均匀加宽（多普勒加宽、晶格缺陷加宽）
学描述。用这种方法建立激光器理论是由兰姆(mbJr)在
物 1964年开始的,故称为激光器的兰姆理论。
质
半经典理论能较好地揭示激光器中大部分物理现象,如强度特
的
共 性(反转粒子数烧孔效应与振荡光强的兰姆凹陷)、增益饱和效应、
振 多模耦合与竞争效应，模的相位锁定效应、激光振荡的频率牵引
相 互
第
四 一、经典理论 章
电
它的出发点是,将原子系统和电磁场都用经典电动力学
磁 的麦克斯韦方程组描述电磁场,将原子中的运动电子视为服
场 从经典力学的振子。也称为经典原子发光模型。
和
物
它曾成功地解释了物质对光的吸收和色散现象,定性地
质 说明了原子的自发辐射及其谱线宽度,等等。 的
共
此外,经典理论在描述光和物质的非共振相互作用时也
射跃迁。在晶体中，无辐射跃迁起因于原子和晶格振动相互作用，原子
4.
２ 释放的内能转化为声子能量，目前应用：光声成像技术。
谱
碰撞加宽和自发辐射引起的谱线加宽，线型一样：
线 加 宽 和 线
L
g% L,00222L2;
L21L
任一原子与其他原子发
型
非弹性碰撞时的自发辐射均匀加宽：
生碰撞的平均时间间隔
函
数
H212; H2112＋ 11
线 型
以这种加宽属于均匀加宽。对于固体激光工作物质 ，晶格
与频率推斥效应等。
作
这种理论的缺点：数学处理比较繁杂。
用
第 四
三、量子理论
章
《量子电动力学》处理方法。它对光频电磁场和物质原子都
电 作量子化处理,并将二者作为一个统一的物理体系加以描述。
磁
Байду номын сангаас
激光器的全量子理论只是在需要严格地确定激光的相干
场 和
性和噪声以及线宽极限这些特性时才是必要的。
物
质 四、速率方程理论
振 起一定作用。特别是对于自由电子激光器,可以完全采用运
相 动电子电磁辐射的经典理论来描述。
互
作
用
第 二、半经典理论
四 章
它是属于量子力学范围内的理论方法，与量子力学中关于原
电 子跃迁和光的辐射、吸收问题的处理方法相似。它的出发点是采
磁 用经典麦克斯韦方程组描述光频电磁场，而物质原子则用量子力
场 和
型 函
线加宽。
数
由于谱线加宽，自发辐射功率为频
率的函数P(v)，如图4.2.1，分布在: d
的功率为p(v) dv，则: P Pd
在速率方程理论中，重要的是P(v)的函数形式。
因此，引入谱线的线型函数 g%,0 ，定义为：
4.
２
谱 线
则
g%,0
p
P
其中v0表示线型函数中心频率。
加 宽
g%,0d 1 此式称为线型函数的归一化条件。
２ ➢综合加宽（气体工作物质的综合谱线加宽、固体激光工
谱 线
作物质的谱线加宽、液体工作物质的谱线加宽）。
加 一、均匀加宽
宽
和
如果引起加宽的物理因素对每个原子都是等同的，则这
线 种加宽称作均匀加宽。对此种加宽，每一发光原子对光谱
型 线内任一频率都有贡献。
函
数 1、自然加宽
受激原子在激发态上具有有限的寿命，这一因素造成
下能级为基态
下能级为激发态
３、晶格振动加宽
固体工作物质中，激活离子镶嵌在晶体中，周围的晶
4.
２ 格场将影响其能级的位置。由于晶格振动使激活离子处于
谱 随时间周期变化的晶格场中，激活离子的能级所对应的能
线 加
量在某一范围内变化，因而引起谱线加宽。温度越高，振
宽 动越剧烈，谱线越宽。
和
由于晶格振动对于所有激活离子的影响基本相同，所
不考虑原子能级E2、E1宽度，可认为自发辐射是单色的， 辐射时全部功率P都集中在一个单一的频率上，单位体积物
4.
质内原子发出的自发辐射功率为： ２
E2E1 h
谱 线
Pddnt21hn2A21h
加 宽
由于各种因素的影响，自发辐射并
和 不是单色的，而是分布在中心频率 E2E1 h
线 附近一个很小的频率范围内，这就叫谱
的
它是量子理论的一种简化形式,因为它是从光子(即量子
共 振 相 互
化的辐射场)与物质原子的相互作用出发的。 忽略了光子的相位特性和光子数的起伏特性，这种理论
形式非常简单。缺点：只能给出激光的强度特性，而不能揭
作 示出色散(频率牵引)效应,也不能给出与激光场的量子起伏有
用 关的特性。
4.２ 谱线加宽和线型函数
了原子跃迁谱线的自然加宽。谱线宽度为： N
1 2 s2
4.
２
自然加宽的线型:
N
g%N ,0
0
2
2
N
2
2
洛伦兹线型
谱 线 加
谱线宽度为：
N
1 2 s2
宽
和
自然加宽线宽完全
线 取诀于原子在能级上的
型 寿命。 函
数
２、碰撞加宽
气体中，大量原子(分子)处于无规热运动状态，当两个原子相遇而
处于足够接近的位置时(或子与器壁相碰时)，原子间的相互作用足以改
线 横向弛豫过程。这种过程虽不会使激发态原子减少，却会使原子发出
型 的自发辐射波列发生无规的相位突变，如图4.2.3所示。相位突变所引 函 起波列时间的缩短可等效于原子寿命的缩短。 数
激发态原子也可与器壁发生碰撞回到基态。这一过程属于非弹性碰
撞，它与自发量辐射过程一样，也会引起激发态寿命的缩短，称作无辐
第四章 电磁场和物质的共振相互作用
激光器的理论基础是光频电磁场与物质的相互作用( 特别是共振相互作用)。
光与物质的相互作用包括：光与组成物质的原子(或 离子、分子)内的电子之间的共振相互作用（大多数激光 器）；光与自由电子的相互作用（自由电子激光器）；另 一种，光与物质的非线性光学效应。
激光器的特性，宏观有激光强度、频率特性，微观有 场的量子起伏（相干性和噪声），激光器的严格理论是建 立在量子电动力学基础上，它可以描述激光器的全部特性。 下面介绍四种近似理论:
4.
变原子原来的运动状态；在晶体中，虽然原子基本上是不动的，但每个
２ 原子也受到相邻原子的偶极相互作用(即原子-原子藕合相互作用)。
谱 线 加
因而一个原子也可能在任意时刻由于这种相互作用而改变自己的运 动状态，这时我们也可称之为“碰撞”。
宽
碰撞过程可能是各种各样的，例如激发态原子和同类基态原子发
和 生碰撞、激发态原子和其他原子发生弹性碰撞。通常将以上过程称作