高能焊教案1章节激光焊1节激光产生

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1、第1章：激光焊接§1.1激光的产生及特性第1章激光焊接1一、光电效应（PhotoelectricEffect）光电效应：1887年德国物理学家赫兹首先发现了光电效应。可见光或紫外光射到某些金属表面上时，有电子从表面逸出的现象。这种发射出来的电子叫做光电子。第1章激光焊接2第1章激光焊接（1）极限频率的存在：光的波长小于某一临界值时，才能发射电子，即极限波长，对应的光的频率叫做极限频率。临界值取决于金属材料，而发射电子的能量取决于光的波长而与光强度无关。（2）光电效应的瞬时性：只要光的频率高于金属的极限频率，光的亮度无论强弱，光子的产生都几乎是瞬时的，不超过10-9/秒。

2、光电效应存在以下特点：3经典理论对这2个特点难以解释第1章激光焊接根据经典的“光的波动性”理论：无论何种频率的光照射在金属上，只要入射光足够强，使电子获得足够的能量，电子就能从金属表面逸出来。这就是说，光电效应的发生应该与光的频率无关，只要光强足够大，则就能发生光电效应，不应存在极限频率。但是，实验表明，只有在入射光的频率大于极限频率时，才能发生光电效应。4第1章激光焊接另外，还有一点与光的波动性相矛盾，即光电效应的瞬时性，按波动性理论，如果入射光较弱，照射的时间要长一些，金属中的电子才能积累住足够的能量，飞出金属表面。可事实是：只要光的频率高于金属的极限频率，光的亮度

3、无论强弱，光子的产生都几乎是瞬时的，不超过十的负九次方秒。正确的解释是光必定是由与波长有关的严格规定的能量单位（即光子或光量子）所组成。5第1章激光焊接二、爱因斯坦的光子理论提出（1）爱因斯坦是在在普朗克的“能量子”假说启发下上提出光子理论的。普朗克的量子假说认为，辐射是由一分分的能量组成的。就象物质是由一个个原子组成的一样。辐射中的一份能量即是一个量子。量子的能量大小取决于辐射的波长，波长越短，能量越大；波长越长，能量越小。即：量子的能量与波长成反比，与频率成正比。（2）爱因斯坦注意到它有可能解决经典物理学所遇到的其他问题。为了解释光电效应的实验事实，1905年，爱因

4、斯坦根据普朗克能量子假说而进一步提出的光量子(lightquantum)，即光子(photon)概念，对光电效应的研究做出了决定性的贡献。6（3）爱因斯坦光子假说的核心思想：表面上看起来连续的光波本质上是量子化的。单色光由大量不连续的光子组成。若单色光频率为v，那么每个光子的能量为E＝hv,动量为p=hv/c。（4）由爱因斯坦光子假说发展成现代光子论的两个基本点是：（a）光是由一份一份的光量子组成的光子流。每个光子的能量为E=hv，动量为p=hv/c。由N个光子组成的光子流，能量为Nhv。（b）光与物质相互作用，即是每个光子与物质中的微观粒子相互作用。第1章激光焊接71

5、.爱因斯坦的光子理论：光是以光速运动的粒子流，这些粒子称为光量子或光子，光子的能量是:ɛ=hv（v是频率）光强决定于单位时间内通过单位面积的光子数N.单色光的光强是:Nhv2.光电效应方程A:逸出功光子只能作为一个整体被发射和吸收。第1章激光焊接三、光子与光的二象性8金属红限频率ν0/Hz波长/nm逸出功/eV铯Cs4.8×1014625红1.9铍Be9.4×1014319紫外3.9钛Ti9.9×10143034.1汞Hg1.09×10152754.5金Au1.16×10152584.8对于一定的金属，逃出功A为定值，可见光子频率越高，光电子的初动能越大，并且当入射光频

6、率低于红限频率V0，hνA/h），以致每个光子的能量足够大，电子才能克服逸出功而逸出金属表面。所以红限频率V0=A/h；对于不同的金属A不同，红限频率也不同。例：第1章激光焊接9激光：Laser(lightamplificationbystimulatedemissionofradiation)辐射的受激发射光放大。（美国人梅曼制造出第一台激光器）第1章激光焊接四、什么是激光10五、激光的形成机理1.自发辐射和受激辐射（1）物质的原子从外界获得能量后进入激发态E2，随后又很

7、快返回基态或者较低的能态E1，并伴随着发出光辐射，原子没有受到外来感应场的作用而跃返低能态，并同时发出光辐射的过程称为自发跃迁，产生的光辐射称为自发辐射。（2）能量相应于两个能级差的光子会把原子从低能态激发到高能态，这个过程称为受激吸收跃迁。第1章激光焊接11（3）在能量相应于两个能级能量差的光子的作用下，会使在高能态的原子向低能态跃迁，并同时发射出相应能量的光子，就是受激辐射。发光前发光后发光前发光后吸收前吸收后自发辐射受激吸收受激辐射第1章激光焊接12光的吸收过程：当能量为的光子与处于高能级E2的原子接近时，可能引起受激辐射。而当能量