第21章量子光学基础
第21章量子光学基础
一、热辐射
热辐射的实验规律如右图能谱曲线所示。
1、基尔霍夫定律：
（1）单色辐出度
从物体表面单位面积上辐射出来的波长从到围的辐射功率与波长间隔的比值：。
（2）辐出度：
（3）黑体：凡照射到某体上的辐射能量都被该物体全部吸收的物体称为黑体。它的吸收
系数。它的反射系数。黑体的吸收本领最大，它的辐射本领也最大。
（4）基尔霍夫定律：
任何物体的单色辐出度与单色吸收比都等于同一温度下绝对黑体的单色辐出度，与物体的
性质无关。即：
2、斯忒藩-玻尔兹曼定律
在一定的温度T，黑体的辐出度：
式中称为斯忒藩恒量，
3、维恩位移定律
式中为最大单色辐出度的波长，也叫峰值波长，恒量。
4、普朗克公式
（1）普朗克量子假设
物体辐射或吸收的能量是不连续的。存在着能量最小单元，称为能量子。物体辐射和吸收
的能量只能是这个最小单元的整数倍。
（2）普朗克公式：
式中c是光速，k是玻耳兹曼常数，为普朗克常数。
二、光电效应
1、光电效应的实验规律
（1）饱和电流与入射光强成正比。
（2）光电效应存在一定的截止频率。
（3）光电子的初动能（遏止电压）与入射光频率成线性关系，而与入射光强度无关。
（4）光电效应的弛豫时间非常短。
2、爱因斯坦光子假设
光是以光速c运动的粒子流。这些粒子称为光子。每一光子的能量。（质量，动量）光的
能量密度S（光强）决定于单位时间通过单位面积的光子数N，频率为的单色光的能流密
度。
3、爱因斯坦方程
式中A为逸出功： 为逸出电位差。
当初动能为零时： 为截止频率，称为红限波长。
初动能和遏止电压的关系：
利用光子假设和爱因斯坦方程能够解释光电效应实验规律。
三、康普顿效应
1、x射线散射实验规律
（1）散射光中除了和入射波长相同的谱线外，还有的谱线。
（2）波长的改变量随散射角的增加而增加。满足：
式中： （称为康普顿波长）
（3）对不同元素的散射物质，在同一散射角下，波长改变量都相同，但波长为的谱线强
度随散射物质的原子序数增加而增加，波长为的谱线强度随原子序数的增加而减少。
2、光子理论对康普顿效应的解释
光子和自由电子相互作用时，遵守能量守恒与动量守恒定律：
可证明：
即康普顿波长：
四、玻尔氢原子理论
1、氢原子光谱的规律性，氢原子光谱的波数：
取，n和k都是整正数。
式中R叫里德伯常数。
2、玻尔氢原子的基本假设：
（1）稳定态的假设：
原子系统只能有一系列不连续的能量状态，在这些状态中，电子虽然作加速运动，但不
辐射电磁能量。这些状态称为系统的稳定状态。
（2）跃迁假设：
当原子从较高的态变为较低的态时，原子发射一个光子，这单色光子的频率：
（3）轨道角动量量子化假设：
电子绕原子核作圆周运动时，电子的动量矩取时原子的状态是稳定的。
3、玻尔氢原子理论：
玻尔以卢瑟福原子模型为基础，应用牛顿定律、库仑定律经典理论加上量子假设，使氢
原子光谱得到初步解释。基本结论如下：
（1）氢原子在量子数为n时，电子运动的轨道半径
当n=1时，称为玻尔半径（也常用符号表示）。
（2）量子数为n的氢原子电子运动速度：
当n=1时，即在玻尔半径轨道上运动的电子速度。
（3）量子数为n时的氢原子的能量：
（利用关系：）
有：
解得：
当n=1时称基态能量
（4）解释氢光谱的规律性
即
得：
式中 恰好等于里德伯常数R。
4、氢原子的能级图：
在能级图中纵坐标表示能量E或波数，横线表示能级，氢原子从一个能级跃迁到另一个
能级时，能级图能简单有效地表示出发射光子的能量光频或波长等。（参阅例21-6图）
5、对应原理：
量子理论在量子数很大的情况下，得到与经典理论相一致的结果，这叫作对应原理。这
一原理具有普遍意义。
五、光放大
1、发射和吸收：
自发发射：无序性辐射；
受激发射：有序性辐射。
2、粒子数反转：高能态上原子数多于低能态原子数；
3、光放大：雪崩式的受激发射。
4、激光：具有良好的单色性、方向性、相干性，由受激辐射放大的强光束。
【例21-1】真空中有四块完全相同且彼此靠近的大金属板平行放置，表面涂黑（可看作
绝对黑体）。最外侧两块板的热力学温度各维持和，且，当到达热平衡时，求第二和第三
块板的热力学温度和。
【解】设各块金属板的面积为S，当第二块板到达热平衡时，满足它左右两面吸收的辐射
热和它辐射出去的热量到达平衡：
即： （1）
同理对第三块金属板到热平衡时有
（2）
联列（1）（2）式，可求得
【例21-2】有一空腔辐射体，在壁上钻有直径为0.05mm的小圆孔，腔温度为7500K。试
求：
（1）对应于最大单色辐出度的辐射波长；
（2）在的微小波长围，单位时间从小孔辐射出来的能量。
【解】（1）根据维恩位移定律
（2）根据普朗克公式
单位时间从小孔辐射出来的波长围的能量为：
【例21-3】真空中一孤立的原不带电的金属球，半径为R，该金属球材料的红限波长为。
若以波长为的光照射该金属球，问此金属球至多能发射多少光电子？
【解】因为采用的光波波长（红限波长），所以能使该金属球产生光电效应。当金属球发
射光电子后，金属球就带正电荷，电位就升高，升高到遏止电压时就不再发射光电子了，
由爱因斯坦方程
得： （1）
又金属球的电势 （2）
当（1）式等于（2）式时：
解得金属球能发射的最多电子数：
【例21-4】在康普顿散射中，入射光子波长为，测出电子的反冲速度为，求散射光子的
波长和散射方向。
【解】反冲电子所获得的动能
由康普顿散射能量守恒关系
可得：
再根据康普顿公式
得：
=0.5176
得散射光子的方向
【例21-5】试比较光电效应与康普顿效应之间的异同。
【答】光电效应与康普顿效应它们的物理本质是相同的，都不是整个光束与散射物体之间
的相互关系，而是个别光子与散射物质的个别电子之间的相互作用，都不能用光的波动说
来解释，都必须用爱因斯坦光子理论作解释。
光电效应与康普顿效应的主要区别是：
（1）入射光的波长数量级不同，也就是入射光光子能量的数量级不同。入射光波长为几
百埃到几千埃的光子它的能量为几个电子伏特。与电子束缚能同数量级，表现为光电效应。
入射光波长小于几埃的光和光子，它的能量为几百到几千电子伏特，远大于电子束缚能，
此时表现为康普顿效应。
（2）光子与电子之间的相互作用表现形式不同。
光电效应中电子吸收光子全部的能量，克服逸出功获得电子的动能，表现为能量守恒。
康普顿效应中，光子与电子碰撞，电子吸收光子的能量，这部分的能量已远大于电子的
束缚能。所以可把物质中的外层电子看作为自由电子，同时电子再发射一个散射光子带走
一部分能量。所以在康普顿效应中既表现能量守恒，又表现了动量守恒。
【例21-6】氢原子的基态能量。在气体放电管中受到的电子轰击，使氢原子激发，问此
放电管中的氢原子从激发态向低能态跃迁时一共能产生几条谱线？其中波长最长的光谱
线、最短的光谱线及可见光光谱线的波长各为多少？
【解】基态氢原子受到的电子数轰击后，氢原子能具有的最高能量：
氢原子处于激发态的能量和基态能量的关系为：
由此，我们可求得氢原子的最大主量子数：
主量子数只能取正整数，所以取4。
在的第三激发态向低能态跃迁一共有主量子数从；；；；；六条谱线。参阅题21-6图。
其中波长最长的为n从跃迁的光谱线。
即
同样，可计算波长最短的为n从跃迁光谱线：
可得
可见光光谱是巴尔麦系，即n由及n由跃迁所得的波长为：
，可得
，可得
【例21-7】根据氢原子理论推导类氢离子（核电荷数为，核外只剩最后一个电子）轨道
半径，电子绕核运动的线速度及原子的能级和电子跃迁时所发射单色光的频率公式。
【解】根据玻尔第三假设电子在稳定轨道运动时它的动量矩满足下式
（1）
根据牛顿运动定律及库仑定律电子的运动方程
（2）
消去（1）式（2）式的，并以代替
式中为玻尔半径，将代回（1）式可得：
式中为玻尔轨道上的电子运动速度。原子系统的总能量
由（2）式可得 ，代入上式可得
式中为氢原子基态的能量。
按照玻尔第二假设原子系统中电子从较高能级跃迁到较低能级时所发射的单色光频
率
式中R为里德伯恒量
也就是类氢离子的光频在同样n和k能级间跃迁时为氢原子光频的倍。
以二次电离后的为例，它的
在它的光谱中的最短波长（极限波长）
21.1 测量星体表面温度的方法之一是：将其看作黑体，测量它的峰值波长，利用维恩
《量子光学》课件
压缩态：量子光 学中的特殊状态， 其量子态密度小 于真空态密度
特点：压缩态具 有较高的相干性 和较低的噪声， 可以提高量子通 信和量子计算的 效率
应用：压缩态在 量子通信、量子 计算、量子精密 测量等领域具有 广泛的应用前景
研究进展：近年 来，压缩态的研 究取得了重要进 展，如压缩态的 制备、测量和操 控等。
量子光学在量子通信、量子 计算等领域有广泛应用
量子光学的研究内容
量子光学的基本 原理
量子光学的实验 方法
量子光学的应用 领域
量子光学的发展 趋势
量子光学的发展历程
量子力学的诞生：1900年，普朗克提出量子概念，量子力学开始萌芽 量子光学的兴起：1927年，海森堡提出不确定性原理，量子光学开始发展 量子光学的成熟：1948年，玻尔提出量子光学理论，量子光学逐渐成熟 量子光学的应用：20世纪60年代，量子光学在通信、计算等领域得到广泛应用
量子光场的相干态描述
相干态：量子光场的一种特殊状态，具有确定的相位关系
相干态的性质：相干态具有确定的相位关系，可以描述为相干态的叠加
相干态的表示：相干态可以用相干态的叠加来表示，其中每个相干态的相位关系是确定的
相干态的应用：相干态在量子光学、量子信息等领域有广泛的应用，如量子通信、量子计算 等
单光子计数是一 种常用的量子光 场测量方法，可 以测量单个光子 的存在和数量。
光子关联测量是 一种测量量子光 场中光子之间的 关联性的方法， 可以测量光子之 间的纠缠、相干
等性质。
量子态层析是一 种测量量子光场 中光子状态的方 法，可以测量光 子的波长、偏振、
相位等信息。
量子光场的测量 实验
实验目的：测量量子光场的性质和 特性
量子光学基础课件
01
02
03
光场量子化概念
光场是由光子组成的，光 子的能量是量子化的，光 场也需用量子化的方式描 述。
电磁场哈密顿量
通过对电磁场进行量子化 处理，可以得到光场的哈 密顿量，进一步推导出光 场算符等基本概念。
光子数态与相干态
介绍光子数态与相干态等 光场常用量子态，以及这 些量子态的性质和应用。
将量子光学器件（如量子光源、光子探测器 、量子门等）集成到单一芯片上，实现高性 能、小型化的量子光子器件。
片上光源与探测器
发展片上量子光源和高效光子探测器，实现 与集成器件的无缝对接，降低系统复杂度和 成本。
基于量子光学的量子模拟与量子计算新架构
1 2 3
光量子计算
利用光子作为量子信息的载体，设计并实现光量 子计算新架构，具有高速、低损耗、易于扩展等 优势。
量子光学历史和现状
历史
量子光学的起源可以追溯到20世纪初，普朗克提出量子假说解释黑体辐射现象。 随后爱因斯坦提出光子的概念，揭示了光的粒子性。20世纪后半叶，随着激光技 术和非线性光学的兴起，量子光学得到了快速发展。
现状
近年来，随着单光子源、量子纠缠光源等关键技术的突破，以及量子计算、量子 通信等领域的蓬勃发展，量子光学研究进入了新的高峰期。目前，量子光学已经 在基础科学研究和技术应用方面取得了众多重要成果。
类比量子模拟
基于量子光学原理设计类比计算机，模拟解决物 理、化学等领域的复杂问题，加速科学研究进程 。
数字量子模拟
结合经典计算和量子光学技术，实现对复杂量子 系统的数字模拟，为量子算法和量子计算提供验 证平台。
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光与物质相互作用的量子理论
偶极近似与旋波近似
第21章量子论初步
第二十一章量子论初步作业1 光电效应光子一、选择题(每题5分,共50分)1一束细平行光经玻璃二棱镜折射后分解为互相别离的三束光,分别照射到相同的金属板a 、6、c 上,如下图金属板6有电子放出,那么可知( ) A.板a 一定不放出光电子. B.板a 一定放出光电子. C.板c 一定不放出光电子. D.板c 一定放出光电子. 答案：D2.用绿光照射一个光电管,能产生光电效应欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增大,应( )A.改用红光照射.B.增大绿光强度.C.增大绿光的照射时间.D.改用紫光照射. 答案：D3.如下图,锌板A 与不带电的验电器之间用导线连接,现用一定强度的紫外线照射锌板,验电器内金属箔张开一定的角度,那么( )A.说明导线上有短暂的光电流通过.B.此时锌板不带电,而验电器带了电.C.用带正电的金属小球接近验电器的金属球,金属箔张角更大.D.用带负电的金属小球接近验电器的金属球,金属箔张角更大. 答案：C4一束能量为E 的单色光,在某介质中的波长是λ,那么此介质对该单色光的折射率是( ) A.h E λ B.hc E λ C.E hc λ D.Eh λ 答案：B5.在演示光电散应的实验中,把某种金属板连着验电器第一次用弧光灯直接照射金属板,验电器的指针就张开一个角度；第二次,在弧光灯和金属板之间插入一块普通的玻璃板,再用弧光灯照射,验电器指针不张开,由此可以判定,金属板产生光电效应的是弧光中的( ) A.可见光成分B.紫外光成分C.红外光成分D.无线电波成分 答案：B6.照相胶片上溴化银分子吸收光子的能量离解成为原子时,胶片就感光了.使一个演化银分于离解的光子能量至少为1.04eV,以下电磁辐射中不能使溴化银胶片感光的是( ) A.波长为400nm 的紫光. B.波长为750nm 的红光.C.萤火虫发出的微弱的可见光.D.功率为5x104W 的电视台发射的1.0x108Hz 的电磁波.答案：D7.以下用光子说解释光电效应规律的说法中,不正确的有( ) A.存在极限频率是因为各种金属都有一定的逸出功.B.光的频率越高,电子得到光子的能量越大,克服逸出功后飞离金属的最大初动能越大.C.电子吸收光子的能量后动能立即增加,成为光电子不需要时间.D.光的强度越大,单位时间内入射光子数越多,光电子数越多,光电流越大. 答案：C8.如下图,光电子最大初动能E k 与入射光频率ν的关系图象,该图象是研究金属而得到的,那么( ) A.该金属的逸出功为E. B.该金属的逸出功为hν0.C.入射光的频率为2ν0时,产生的光电子的最大初动能为E.D.入射光的频率为2v 0时,产生的光电子的最大初动能为E/2. 答案：ABC9.用同一频率的光照射a 、b 两种不同的金属,产生的光电子垂直进入同一匀强磁场中,作半径不同的匀速圆周运动,最大轨道半径之比R a ：R b =2：1,那么( ) A.两种光电子的最大初动能之比为2：1. B.两种金属的逸出功之比为4：1. C.两种光电子的最大速率之比为2：1. D.上述说法都不正确. 答案：C10.某种金属在频率为ν1的入射光照射下,发射的光电子的最大初动能为E k 1,在频率为2(ν2>ν1)的入射光照射下.发射的光电子的最大初动能为E k 2,那么余属逸出功的表达式为( ) A.12k1k2E E νν--.B.122k11k2E E νννν--.C.21k2K1E E νν++.D.k2k12k11k2E E E E --νν.答案：B二、填空题(每题6分,共18分)11.小灯泡的功率为1w,设其发出的光向四周均匀辐射,平均波长为10-6cm,那么距离灯泡10km 处,1s 落在垂直于光线方向上面积为1cm 2群的光子数是______个(h=6.63×1034-J·s)答案：31001.4⨯12.某会属用频率为ν1的光照射时产生的光电子的最大初动能是用频率为ν2的光照射时产生的光电子的最大初动能的2倍,那么该金属的逸出功W=________. 答案：()122h νν-13.如下图,绝缘、固定、擦得很亮的锌板A 水平放置,其下方水平放有接地的铜板B,两金属板间距离为d,面积均为S,正对面积为S′,且S′<S 当用弧光灯照射锌板上外表一段时间后停止,AB 间一带电液滴恰好处于静止状态,那么液滴带________电；假设用弧光灯再照射A 板上外表,液滴将向________运动假设停止用弧光灯照射后,只将B 板向右平移,使A 、B 板间的正对面积增大,那么液滴将向________运动. 答案：负,上,下三、计算题(共32分)14.(16分)肉眼可以发觉到1O -18J 的光能,视觉可以暂留0.1s 太阳到达地球的光流强度在垂直丁光的传播方向上是14×1O -3W ／m 2太阳离地球的距离是1.5×1011m 试估算我们肉眼难以看到的与太阳类似的恒星离地球约多远?(结果取一位有效数字) 答案：15106 m15.(16分)一束可见光,在真空中朝一个方向(沿一条直线)发射,发射功率P=6x10-12w 如果认为光子是一个一个地发射的,试估算运动中的两个相邻光子间的平均距离多大?(普朗克常量,h=6.63x10-34J.s.结果保存一位有效数字) 答案：20m作业2 光的波粒二象性一、选择题(每题6分,共48分)1.以下实验中,能证实光具有粒子性的是( ) A.光电效应实验 B.光的双缝干预实验 C.光的圆孔衍射实验 D 光的色散实验 答案：A2.在以下现象中,说明光具有波动性的是( ) A.光的直线传播 B.光的衍射 C.光的干预 D.光电效应 答案：BC3.从光的波粒二象性出发,以下说法中正确的选项是( )A.光子的频率越高,光子的能量越大.B.光子的频率越高,波动性越显著.C.在光的干预实验中,亮纹处光子到达的概率大.D.大量光子显示波动性,少量光子显示粒子性. 答案：A4.以下说法中,正确的选项是( ) A.爱因斯坦把物理学带进了量子世界.B.光的波粒二象性推翻了麦克斯韦的电磁理论.C.光波与宏观现象中的连续波相同.D.光波是表示大量光子运动规律的一种概率波.答案：D5.物理学家做了个有趣的实验：在双缝干预实验中,在光屏处放上照相底片,假设减弱光电流的强度,使光子只能一个一个地通过狭缝实验结果说明,如果曝光时间不太长,底片上只能出现一些不规那么的点子；如果曝光时间足够长,底片上就会出现规那么的干预条纹.对这个实验结果有以下认识,其中正确的选项是( )A.曝光时间不长时,光的能量太小,底片上的条纹看不清楚,故出现不规那么的点子.B.单个光子的运动没有确定的轨道.C.干预条纹中明亮的局部是光子到达时机较多的地方.D.只有大量光子的行为才表现出波动性. 答案：BCD6.假设某光谱线的波长为λ,那么此光谱线中光子的( ) A.频率为λ/c B.能量为λhcC.动量为h/λD.质量为λc h 答案：BCD7光在真空中的波长为λ,速度为c,普朗克常量为h 现在以入射角α由真空射入水中,折射角为r,那么( ) A.r>αB.光在水中的波长为sinrsin αλC.每个光子在水中的能量为αλsin hcsinrD.每个光子在水中的能量为λhc答案：D8.科学研究说明：能最守恒和动量守恒是自然界的普遍规律从科学实践的角度来看,迄今为止,人们还没有发现这些守恒定律有任何例外相反,每当在实验中观察到似乎是违反守恒定律的现象时,物理学家们就会提出新的假设来补救,最后总是以有新的发现而胜利告终如人们发现,在两个运动着微观粒子的电磁相互作用下,两个粒子的动量的矢量和似乎是不守恒的这时物理学家又把动量的概念推广到了电磁场,把电磁场的动量也考虑进去,总动量就又守恒了.现将沿一定方向运动的光子与一个原来静止的自由电子发生碰撞,碰后自由电子向某一方向运动,而光子沿另一方向散射出去这个散射出去的光子与入射前相比拟( ) A.速率增大 B.波长增大 C.频率增大 D.能量增大 答案：B二、填空题(共10分)9.某色光的频率为 5.6x1014Hz,其光子的能量为________J,当它进入某介质时,波长为4×10-7m,那么此介质的折射率为________.(普朗克常量h=6.63×10-34J·s) 答案：21107.3-⨯，1.35三、计算题(共42分)10.(12分)照到地面的太阳光的平均波长是5×10-7m.地面每平方米面积上获得太阳光的功率为8w,那么每秒落到地面1m 2面积上的光子数是多少?当人仰望太阳(人眼瞳孔的直径为10mm),每秒进入眼睛的光子数是多少? 答案：151016.3⨯11.(12分)一台激光器发光功率为P,发出的激光在折射率为n 的介质中波长为λ,假设真空中光速为c,普朗克常量为h,那么激光器在时间t 内辐射的光子数为多少?假设电脑记录下的激光由发射到返回的时间差为△t,求被测物到激光源的距离. 答案：2ntc s ∆=12.(18分)自然界中的物体由于具有一定的温度,会不断向外辐射电磁波,这种辐射与温度有关,称为热辐射.热辐射具有如下特点：①辐射的能量中包含各种波长的电磁波；②物体的温度越高,单位时间从物体外表单位面积上辐射的能量越大；③在辐射的总能量中,各种波长所占的百分比不同处在一定温度的物体在向外辐射电磁能量的同时,也要吸收由其他物体辐射的电磁能量.如果它处在平衡状态,那么能量保持不变假设不考虑物体外表性质对辐射与吸收的影响,我们定义一种理想的物体,它能100％地吸收入射到其外表的电磁辐射,这样的物体称为黑体单位时间内从黑体外表单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的四次方成正比,即P 0=δT 4,其中常量δ=5.67×10-8W ／(m 2·K 4)在下面的问题中,把研究对象都简单地看做黑体有关数据及数学公式为：太阳半径R s =69600km,太阳外表温度T=5770K,火星半径r=3395km,球面积S=4πR 2,其中R 为半径.(1)太阳热辐射能量的绝大多数集中在波长为2x10-7～2×10-5m 内,求相应频率范围； (2)每小时从太阳外表辐射的总能量为多少；(3)火星受到来自太阳的辐射可以认为垂直射到面积为πr 2(r 为火星半径)的圆盘上,已 知太阳到火星的距离约为太阳半径的400倍,忽略其他天体及宇宙空间的辐射,试估算 火星的平均温度答案：(1)13103⨯～15105.1⨯Hz ，(2)3010377.1⨯J ，(3)204K作业3 能级一、选择题(每题6分,共60分)1.根据玻尔原于模型,氢原子中电子绕核运动的半径( )A.可以取任意值.B.可能在某一范围内取值.C.可以取一系列不连续的任意值.D.可以取一系列不连续的特定值. 答案：D2.不同元素都有自己独特的光谱,这是因为各元素的( )A.原子序数不同B.原子的质量不同C.激发源的能量不同D.原子能级不同 答案：D3玻尔的原子模型( )A.成功地解释了氢原子辐射的电磁波谱.B.成功地解释了一切原子辐射的电磁波谱.C.其局限性在于过多地保存了经典电磁理论.D.其局限性在于过多地引入了量子理论. 答案：AC4.根据玻尔的氢原子理论,电子在各条可能轨道上运动的能量是指( ) A.电子的动能 B.电子的电势能C.电子的动能和电势能之和D.电子的动能、电势能和原子核能量之和 答案：C5.原子中的核外电子由离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时( ) A.核外电子受力变小. B.原子的能量增大. C.核外电子的动能变大. D.原子的电势能减小. 答案：CD6.一个氢原子中的电子从一半径为r a 的轨道自发地跃迁到另一半径为r b 的轨道,r a >r b ,那么在此过程中( )A.原子发出一系列频率的光子.B.原子要吸收一系列频率的光子.C.原子要吸收某一频率的光子.D.原子要辐射某一频率的光子. 答案：D7.氢原予从能量为E 1的较高激发态跃迁到能量为E 2的较低激发态时,设真空中的光速为c,那么( )A.吸收光子的波长为()h E E c 21-B.辐射光子的波长为()hE E c 21-C.吸收光子的波长为21E E ch-D.辐射光子的波长为21E E ch-答案：D8.某些物质受到光照后能发射荧光,假设入射光的波长为λ0,该物质发射荧光的可能波长为λ,那么( ) A.一定只有λ=λ0 B.一定只有λ>λ0 C.一定有λ≤λ0 D.一定有λ≥λ0答案：D9.如下图,为氢原予的能级圈基态氧原子的能量为E 1=-13.6eV,能使基态氢原子的能级发生跃迁的是( ) A.被具有11.0eV 能量的光子照射. B.被具有11.OeV 动能的电子碰撞. C.被具有10.2eV 能量的光子照射. D.被具有14.2eV 动能的电子碰撺. 答案：BCD10.氢原子在最低的三个能级之间跃迁时,发射出来的光子频率分别为ν31、ν32、ν21,剥应的波长分别为λ31、λ32、λ21,那么以下关系式中,正确的有( ) A.ν31=ν32+ν21 B.213231111ννν+=C.λ31=λ32+λ21D.213231111ννν+=答案：ＡＤ二、填空题(每题6分,共18分)11.氢原子处于基态时,定态能量为E 1=13.6eV,核外电子的轨道半径r 1=0.53×10-10m,这时电子的动能E k1________eV,电势能E p1=________Ev . 答案：13.6,－27.212.如第9题图所示,有一群氧原子处于n=4的能缎上,氢原于的基态能量E 1=13.6eV,普朗克常量h=6.63×10-34J·s,那么这群氢原子的光谱共有________条谱线,这群氢原子发出的光子的最大频率是________Hz. 答案：6,15101.3⨯13.要使一个中性锂原予的最外层的电子脱离锂原子所需的能量是539eV,要使一个中性氟原子结合一个电子形成一个氟离子所放出的能量为351eV,那么将一个电子从锂原子转移到氟原子所需提供的能量为________Ev. 答案：1.88三、计算题(共22分)14.(10分)用一束光子去激发处于基态的氢原子,氢原子吸收了光子后刚好发生电离，E 1=-136eV,求这束光子的频率. 答案：151028.3⨯15(12分)氖原子基态的轨道半径为53x10-11m,基态能量为E 1=-13.6eV,将该氢原子置于静电场中使其电离,那么静电场电场强度至少为多少?静电场提供的能量至少为多少? 答案：11105⨯Ｖ／ｍ,13.6ｅＶ作业4 物质波一、选择题(每题6分,共54分) 1以下属丁概率波的是( ) A 水波 B.声波 C.电磁波 D.物质波 答案：ＣＤ2.关丁微观粒子的运动,以下说法中正确的选项是( ) A 光于在不受外力作用时一定做匀速运动.B.光子受到恒定外力作用时一定做匀变速运动.C.只要知道电子的初速度和所受外力,就可以确定其任意时刻的速度.D.运用牛顿力学无法确定微观粒子的运动规律. 答案：Ｄ3.假设某个质子的动能和某个氦核的动能相等,那么这两个粒子的德布罗意波长之比为( ) A.1：2 B.2：1 C.1：4 D.4：1 答案：Ｂ4.运动的电子束穿过某一薄晶体时能产生明显的衍射现象,那么以下说法中正确的选项是( )A.电子束的运动速度越快,产生的衍射现象越明显. R.电子束的运动速度越慢,产生的衍射现象越明显. C.产生衍射现象的明显程度与电子束的运动速度无关. D.以上说法都不对. 答案：Ｂ5.一个电子被加速后,以极高的速度在空间运动,关于它的运动,以下说法中正确的选项是( )A.电子在空间做匀速直线运动.B.电子上下左右颤抖着前进.C.电子运动轨迹是正弦曲线.D.无法预言它的路径. 答案：Ｄ6.一个质茸为m 、电荷量为q 的带电粒子,由静止开始经加速电场加速后(加速电压为U), 该粒子的德布罗意波长为( ) A.2mqUhB.2mqU hC.2mqU 2mqUHD.mqUh答案：Ｃ7一个德布罗意波长为λ1的中子和一个德布罗意波长为λ2的氘核同向正碰后结合成一个氚核该氚核的德布罗意波长为( ) A.2121λλλλ+B.2121λλλλ-.C.221λλ+ D.221λλ-答案：Ａ8.光具有动量(光子动量为p=hν/c)光与物质相互作用时,动量定理也适用,现有一折射率为n 1的小球静止于折射率为n 2的介质中,且n 2>n 1,当a 、b 两束相同的激光沿Z 轴方向传播,遇到小球时发生全反射,并使小球沿Z 方向运动,其光路和小球受力如下图,假设激光b 的强度比激光a 的强度大,那么小球将( ) A.沿原方向运动. B.沿原方向偏右运动. C.沿原方向偏左运动. D.无法确定. 答案：Ｃ9.质量为m 、带电荷量为e 、初速为零的电子,经加速电压U 加速后,其电子的德布罗意波长为e2mU h.(普朗克常量为h)电子显微镜用电子束代替光镜的光源,放大倍数可达数万倍,这是因为( ) A.电子束的波长短. B.电子束的频率小. C.电子束不具波动性. D.电子束不具粒子性. 答案：Ａ二、填空题(每题8分,共32分)10.一个光于的能量为 3.0eV,该光子的动量为________kg·m／s,质量为________kg,其静止质量为________kg. 答案：27106.1-⨯；36103.5-⨯,011.法国物理学家________在________年首先提出了物质波,物质波是________波. 答案：德布罗意,1924,概率12.有一束单色光与平面镜成60°角斜射入一平面镜上,假设单位时间内撞击平面镜单位面积上的光子数为N,该单色光的波长为λ,那么光子对平面镜的压强为________.(设光子碰撞平面镜时无能量损失) 答案：λNh313.1924年,法国物理学家德布罗意提出,任何一个运动着的物体都有一种波与它对应.1927年,两位美国物理学家在实验中得到了电子束通过铝箔时的衍射图案,如下图,图中,“亮圆〞表示电子落在其上的________大,“暗圆〞表示电子落在其上的________小. 答案：概率,概率 三、计算题(共14分)14.假设某激光管以P=60w 的功率发射波长λ=663nm 的光束,求： (1)该管在1s 内发射的光子数；(2)假设光束全部被某黑体外表吸收,那么该黑体外表所受到光束对它的作用力F 为多大? 答案：(1)20100.2⨯,(2)7100.2-⨯Ｎ作业5 单元训练卷一、选择题(每题5分,共50分)1.对光电效应做出合理解释的物理学家是( ) A.爱因斯坦 B.玻尔 C.查德威克 D.德布罗意 答案：Ａ2.在以下关于光电效应的说法中,正确的选项是( )A.假设某材料的逸出功是w,那么极限频率hW v 0=. B.光电子的速度和照射光的频率成正比. C.光电子的动能和照射光的波长成正比.D.光电子的速度和照射光的波长的平方根成正比. 答案：Ａ3.以下关于玻尔原子理论的观点解释中,不正确的选项是( )A.原子只能处于一系列不连续的状态中,每个状态都对应一定的能量.B.在原子中,虽然电子不断地做加速运动,但只要能量状态不改变,就不会向外辐射能量.C.原子从一种定态跃迁到另一种定态时,一定要辐射出一定频率的光子.D.原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道,并且这些轨道是不连续的. 答案：Ｃ4.氢原子从激发态跃迁到基态,那么核外电子( ) A.电势能减小,动能减少,周期增大. B.电势能减小,动能增大,周期减小. C.电势能的减小值小于动能的增加值. D.电势能的减小值等于动能的增加值. 答案：Ｂ5.关于光的性质,以下说法中正确的选项是( )A.在其他同等条件下,光的频率越高,衍射现象越容易看到.B.频率越高的光子粒子性越显著,频率越低的光子波动性越显著.C.光的波动性与光子之间的相互作用也有关系.D.如果让光子一个一个地通过狭缝时,它们的轨道都相同. 答案：Ｂ6以下关于物质波的说法中,正确的选项是( )A.物质波是由近及远地进行传播的.B.某种实物粒子的德布罗意波是没有一定规律的.C.一个光子的运动是受波动规律支配的.D.牛顿定律对高速运动的宏观物体不适用.答案：Ｄ7.用不同频率的光分别照射钨和锌,可产生光电效应,根据实验可画出光电子的最大初动能E k 随入射光频率ν变化的图像.钨的逸出功是3.28eV,锌的逸出功是3.34eV,假设将两者的图象画在同一个E k —ν坐标系中,正确的选项是( )答案：Ａ8.三种不同的入射光A 、B 、c 分别射在三种不同的金属a 、b 、c 外表,均恰可使金属逸出光电子,假设三种入射光的波长λA >λB >λC ,那么( )A.用入射光A 照射金属b 和c,均可发生光电效应.B.用入射光A 或B 照射金属c,均可发生光电效应.C.用入射光C 照射金属a 和b,均可发生光电效应.D.用入射光B 或C 照射金属a,均可发生光电效应.答案：ＣＤ9.方向性很好的某一单色激光源,发射功率为P,发出的激光波长为λ,当激光束射到折射率为n 的介质中时,由于反射其能量减少了10％,激光束的直径为d,那么在介质中与激光束垂直的截面上单位时间内通过单位面积的光子数( ) A.hcd 6P .32πλ B.hc d n 6P .32πλ C.hc 9P .0λ D.hc 6P .3λ 答案：Ａ10.氢原子从能级A 跃迁到能级B 时,吸收频率为ν1的光子,氢原子从能级B 跃迁到能级C 时,吸收频率为ν2的光子,假设ν2>ν1,那么氢原子从能级C 跃迁到能级A( )A.吸收频率为ν2-ν1的光子.B.吸收频率为ν2+ν1的光子.C.释放频率为ν2-ν1的光子.D.释放频率为ν2+ν1的光子.答案：Ｄ二、填空题(每题5分,共20分)11.某种金属在一束绿光照射下恰能逸出电子,假设再多用一束绿光照射,逸出的光电子最大初动能将________,逸出的光电子数目将________假设把绿光撤去,改用红光照射到这种金属外表上,将________光电子逸出.答案：不变,增大,没有12.一个质子的速度是个α粒子的5倍,这两个粒子中,德布岁意波长长的粒子是________. 答案：α粒子13.在某种介质中,光子的能量E=2eV,光波的波长为3×10-5cm,那么这种介质的折射率为________.答案：2.0714如下图,从烛焰P 发出的光,穿过圆孔A 射到屏M 上,烛焰长比P 到A 的距离小得多,当A 孔直径较大时,在屏上将看到一个圆形亮斑,慢慢减小孔A 的直径,直至直径约为0.1mm,在屏上依次看到的景象是________________________,假设在屏M 上放照相底片,使A 孔缩小到只能使光子一个一个地通过,在曝光时间较短的条件下,得到照片上的景象是________________.答案：烛焰经小孔所成倒立的像,彩色光环；无规那么分布的亮点.三、计算题(共30分)15.(8分)以波长为λ的单色光照射到某金属外表友生光电效应放出电子,让其中具有最大动能的光电子垂直射入磁感应强度为B 的匀强磁场中做匀速圆周运动,其轨道半释为R,求该金属的极限频率. 答案：2mh R e B c222-λ 16(10分)氧原子的基态轨道半径r 1=0.53×10-10_,基态能量E 1=-13.6eV 试求氢原子在基态轨道上做圆周运动的动能、电势能各等于多少电子伏?答案：－27.2ｅＶ17(12分)如以下图所示,是测定光电效应产生的光电子比荷的实验原理图,两块平行板相距为d,其中N 为金属板,受紫外线照射后将发射山沿不同方向运动的光电子,形成电流,从而引起电流表偏转,假设凋节R 逐渐增大极板间电压,可以发现电流逐渐减小,当电压表示数为U 时,电流恰好为零.切断开关,在MN 间加上垂直于纸面的匀强磁场,逐渐增大磁感应强度,电能使电流为零,当磁感应强度为B 时,电流恰为零求光电子的比荷e/m. 答案：22d B 8U。
量子光学基础
量子光学基础量子光学是研究光与物质相互作用的量子性质的一门学科。
它的发展源于量子力学的兴起，通过量子力学的理论和方法，揭示了光与物质相互作用的微观机制。
量子光学的研究内容包括光的量子特性、光的经典与量子的转换、光与原子、分子和固体之间的相互作用等。
量子光学的研究对象是光子，光子是光的基本单位，也是光的量子。
光子具有波粒二象性，既可以当作波动来描述，也可以当作粒子来描述。
在量子光学中，我们通常用光的频率和波矢来描述光子的特性。
光的频率决定了光的能量，而波矢则决定了光的动量。
量子光学的一个重要研究内容是光的量子特性。
光的量子特性体现在光的产生、传播和检测过程中。
光的产生过程中，光可以通过光的辐射和受激辐射两种方式产生。
光的辐射是指原子或分子自发地发射出光子，而受激辐射是指原子或分子在外界光的作用下发射出光子。
光的传播过程中，光可以表现出干涉和衍射等波动特性，也可以表现出光子统计的特性，如光的强度和光子数的涨落。
光的检测过程中，我们通常使用光电倍增管等光子探测器来探测光子的存在。
光与原子、分子和固体之间的相互作用是量子光学的另一个重要研究内容。
在光与原子的相互作用中，光可以激发原子中的电子跃迁，产生吸收和发射光的现象。
这些现象可用于原子光谱学的研究，可以帮助我们了解原子的能级结构和原子的性质。
在光与分子的相互作用中，光可以激发分子中的振动和转动，产生拉曼散射和红外吸收等现象。
这些现象可用于分析物质的化学成分和结构。
在光与固体的相互作用中，光可以激发固体中的电子和声子，产生各种电磁和声学效应。
这些效应可用于固体物理学和材料科学的研究。
量子光学的研究不仅在基础科学领域有重要意义，也在应用领域有广泛的应用。
在基础科学领域，量子光学的研究有助于揭示光与物质相互作用的微观机制，深化我们对自然界的认识。
在应用领域，量子光学的研究有助于开发新型光学设备和技术。
例如，量子光学的研究为量子计算、量子通信和量子测量等领域提供了理论基础和实验方法。
第二十一章光的量子性
❖遏止电压与照射频率成正比,与照射光强无关.
12
2、即照即生光电子
即使入射光强度非常弱,只要入射光频率大于某一频率,从光照射金属表面,到光电 子首次逸出,驰豫时间不超过10 -9s(几乎无须时间积累).
3、光电流与照射光的强度成正比
增大A 、K之间的电压UAK，光电流增大；当电压UAK足够大后，电流不再改变， 这就是饱和光电流。此时若再增大照射光的强度，光电流会随之增大，而且饱和 光电流 im 与照射光强度 I成正比。
产生；直至反向电压加大到某一值 c(V)
时，光电流完全消失，这个电压称 为遏止电压，用Uc表示.
2.0
.11. Cs Na Ca
1.0
0.0
4.0 6.0 8.0 10.0 (1014Hz)
金属
钨 钙钠钾 铷 铯
截止频率0(1014Hz) 10.95 7.73 5.53 5.44 5.15 4.69 逸出功A(ev) 4.54 3.20 2.29 2.25 2.13 1.94
M
(T
)
dM
d
平衡热辐射：
物体辐射的能量等于在同一时间内所吸收的能量.
.4.
二、黑体和黑体辐射的实验规律
1. 黑体 能完全吸收各种波长电磁波而无反射和透射的物体，M 最大且只与温度有
关而和材料及表面状态无关。
2. 维恩设计的黑体
3. 斯特藩-玻耳兹曼定律
.5.
M(T)=T 4 4．维恩位移律
= 5.6710-8 W/m2K4
三、爱因斯坦对光电效应的解释 由爱因斯坦方程可知：
1.当 时，A
h
，即12不m产v生m2 光电0效应；
.19.
因而，红限频率为
§19-4 爱因斯坦的光量子论
《量子光学》课件
量子光学的发展经历了从经典到量子、从理论到实验的演变。
总结词
量子光学的发展始于20世纪初，当时科学家开始研究光的量子性质。随着量子力学的建立和发展，人们逐渐认识到光不仅具有波动性质，还具有粒子性质。此后，量子光学逐渐发展成为一个独立的学科领域，并不断取得新的研究成果和突破。
详细描述
CHAPTER
CHAPTER
量子光学应用
05
03
量子信道容量
研究量子信道的容量限制，为量子通信技术的发展提供理论支持。
01
量子密钥分发
利用量子态的不可复制性，实现通信双方安全地生成和共享密钥，用于加密和解密信息。
02
量子隐形传态
利用量子纠缠，实现量子态的信息传输，即使在遥远距离上也能传送量子态的信息。
利用量子并行性和量子纠缠等特性，设计高效的量子算法，用于解决某些经典计算机难以处理的问题。
《量子光学》PPT课件
目录
contents
量子光学概述量子光场的描述量子光源量子光学实验量子光学应用总结与展望
CHAPTER
量子光学概述
01
量子光学是一门研究光子与物质相互作用、光子自身行为的科学。
总结词
量子光学是物理学的一个分支，主要研究光子与物质的相互作用以及光子自身的量子行为。它涉及到光子的产生、传播、吸收、散射等过程，以及光子与其他粒子相互作用时的量子特性。
新型量子光源
单光子源可实现单光子级别的操作、量子纠缠光源可实现量子通信和量子计算等应用。
特点
量子通信、量子计算、量子传感等。
应用
CHAPTER
量子光学实验
04
总结词
揭示量子波动性
详细描述
双缝干涉实验是量子光学中经典的实验之一，通过让单光子依次通过两条细缝，在屏幕上观察到明暗相间的干涉条纹，从而证明了光具有波动的特性。
21光的量子性习题解答
第二十一章 光的量子性一 选择题1. 所谓绝对黑体，是指：（ D ）A. 不吸收不反射任何光的物体；B. 不反射不辐射任何光的物体；C. 不辐射而能全部吸收所有光的物体；D. 不反射而能全部吸收所有光的物体。
2. 若一黑体的绝对温度增加一倍，则它的总辐射能是原来的： ( C )A. 4倍B. 8倍C. 16倍D. 32倍3．用频率为ν的单色光照射某种金属时，逸出光电子的最大动能为E k ；若改用频率为2ν的单色光照射此金属时，则逸出光电子的最大初动能为：( D )A. 2E kB. 2h ν - E kC. h ν - E kD. h ν + E k4．光电效应和康普顿效应都包含有电子与光子的相互作用过程。
对此，在以下几种理解中，正确的是： ( C )A. 两种效应都相当于电子与光子的弹性碰撞过程。
B. 两种效应都属于电子吸收光子的过程。
C. 光电效应是电子吸收光子的过程，而康普顿效应则相当于光子和自由电子的弹性碰撞过程。
D. 康普顿效应是电子吸收光子的过程，而光电效应则相当于光子和自由电子的弹性碰撞过程。
5．用强度为I ，波长为λ的X 射线分别照射锂(Z = 3)和铁(Z =26)。
若在同一散射角下测得康普顿散射的X 射线波长分别为λLi 和λFe (λLi ，λFe >λ)，它们对应的强度分别为I Li 和I Fe ，则 ( C )A ．λLi >λF e ，I Li < I FeB ．λLi =λFe ，I Li = I FeC ．λLi =λFe ，I Li > I FeD ．λLi <λFe ，I Li > I Fe解：因为散射角θ 确定时，波长的增加量∆λ与散射物质的性质无关；原子序数小的散射物质，康普顿散射较强。
故选C 。
6．根据玻尔氢原子理论，氢原子中的电子在第一和第三轨道上运动时速度大小之比v 1 / v 3是： ( C )A. 1 / 3B. 1 / 9C. 3D. 9解： 33311==v v mr mr ，，3)3/(/1331==r r v v7．将处于第一激发态的氢原子电离，需要的最小能量为：( B )A. 13.6eVB. 3.4eVC. 1.5eVD. 0eV二 填空题1. 大爆炸宇宙论预言存在宇宙背景辐射，其温度为2.7K ，则对应这种辐射的能谱峰值的波长为_1.06mm 。
大学物理学 第21章量子物理的应用1
U0
结电场E0，形成势垒U0，阻止扩散。 PN 结做成晶体二极管。
2014-11-3
作者 余 虹
23
E0 I
（2）PN 结的特性
正向偏置
外电场E减弱了结电场E0 ， 降低了势垒扩散继续进 行回路中电流I 。 I
E
U
I E
整流作用
反向偏置
UB 0
U
外电场E与结电场E0同向， 共同阻止扩散回路中 p n 结伏安特性曲线 只有极小的电流。
I0
I
I0 2 0 0 2
Lk
k
2
( k 1,2,3）
0 k
0 2
不考虑其他因素，激光器输出纵模数
2014-11-3 作者 余 虹
c 相邻两个纵模的间隔 k 2L
h0=E2-E1 同时满足二式的 光才能形成激光 • t =1 t——E2 的寿命
21.2
激 光 E2
N2
一、光与原子相互作用
1、吸收
h
N1
单位时间吸收跃迁概率
w12 ( , T )
w12= B12 (，T）
( , T )
E 2 E1 h
辐射场的 能量密度
E1
dN 12 单位时间跃 B12 , T N 1 迁的原子数 dt 吸收
2014-11-3
作者 余 虹
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例题 半导体材料禁带宽2.42 eV ，用光激发其导电, 计算光波的最大波长。 hc hc h E g E g
解
max
34 8 hc 6 . 63 10 3 10 E g 2.42 1.6 1019
第二十一章量子理论基础
姓名__________ 学号____________ 序号 《大学物理Ⅱ》答题纸 第十六章 1 P 1.52 1.75 1.52 图中数字为各处的折射率 图16-23
1.62 1.62
第十六章 光的干涉 一、选择题 【 】1.(基础训练2)如图16-15所示，平行单色光垂直照射到薄膜上，经上下两表面反射的两束光发生干涉，若薄膜的厚度为e，并且 n1 < n2 > n3，则两束反射光在相遇点的相位差为 （A） 2n2e /（n1） （B）[4n1e/ ( n2)] + （C） [4n2e/ ( n1)] + （D）n2e ( n1)
【 】2.(基础训练6）一束波长为 的单色光由空气垂直入射到折射率为n的透明薄膜上，透明薄膜放在空气中，要使反射光得到干涉加强，则薄膜的最小厚度为 （A） /4 （B） (4n) （C） /2 （D） (2n)
【 】3.（基础训练8）用单色光垂直照射在观察牛顿环的装置上。当平凸透镜垂直向上缓慢平移而远离平面玻璃时，可以观察到这些环状干涉条纹 （A） 向右平移 （B） 向中心收缩 （C） 向外扩张 （D） 静止不动 （E） 向左平移
【 】4.（基础训练9）两块平玻璃构成空气劈形膜，左边为棱边，用单色平行光垂直入射。若上面的平玻璃以棱边为轴，沿逆时针方向作微小转动，则干涉条纹的（）。 （A）间隔变小，并向棱边方向平移； （B）间隔变大，并向远离棱边方向平移； （C）间隔不变，向棱边方向平移； （D）间隔变小，并向远离棱边方向平移。
【 】5.（自测提高5）在如图16-23所示的由三种透明材料构成的牛顿环装置中，用单色光垂直照射，在反射光中看到干涉条纹，则在接触点P处形成的圆斑为 （A）全暗 （B）全明 （C）右半部明，左半部暗 （D）右半部暗，左半部明
【 】 6. (自测提高6)在迈克耳孙干涉仪的一条光路中，放入一折射率为n，厚度为d的透明薄片，放入后，这条光路的光程改变了 （A）2（n-1）d （B）2nd （C）2（n-1）d+ / 2 （D）nd （E）（n-1）d
物理第二十一章知识点
第21章 量子物理的应用激光知识点一: （三种跃迁过程--------发辐射、受激辐射、受激吸收）原子在高能级和低能级之间辐射跃迁和吸收跃迁满足同一频率条件 hE E v 12-=。
1. 自发辐射：在不受外界影响的条件下，激发态原子自发的辐射光子返回到基态的过程。
（各光波波列的频率、相位、偏振状态以及传播方向不同。
）2. 受激辐射：处于激发态2E 上的原子，在能量为 12E E hv -= 的外来光子的诱导下，产生由2E 向低能级1E 的受迫跃迁，同时发射一个与外来光子相同的光子的发光过程。
（各光波波列的频率、相位、偏振状态以及传播方向相同。
）受激辐射特点: a.不能自发的进行辐射; b.光波不外来光波特征相同; c.具有光放大作用。
受激辐射是产生激光的必要条件。
激光器的发光过程是受激辐射占主导地位。
普通光源的发光过程是自发辐射占主导地位。
3. 受激吸收：处于低能级1E 上的原子，吸收满足频率条件 hE E v 12-=的外来光子，而跃迁到高能级2E 上的过程。
知识点二: （激光原理： 打破热平衡，实现粒子数反转）1. 粒子数反转：系统中处于高能级的粒子数多于处在低能级的粒子数的分布，叫做粒子数反转分布。
2. 实现粒子数反转的条件：激活物质：能实现粒子数反转的物质。
激活物质必须存在亚稳态能级。
3. 三能级系统和四能级系统：1.三能级系统满足频率条件： h E E v 12-=。
2E 为亚稳态。
（代表：红宝石激光器）2.四能级系统满足频率条件： hE E v 23-=。
E3为亚稳态。
（代表: 钛玻璃激光器、氦氖激光器）因为3E 和2E 能级之间更容易实现粒子数反转，因此四能级系统比三能级系统有更多的优势。
3. 产生激光必要条件：a.实现粒子数反转b.使原子被激发c.实现光放大4. 激光器的基本组成部分:a.工作物质b.激励能源c.光学谐振腔光学谐振腔作用：增强亮度，控制方向，选择频率。