《光谱激光X射线》PPT课件

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1、第十三章激光和X射线激光1.受激吸收、自发辐射、受激辐射如果原子因受满足频率条件的光的激励而跃迁到较高能态，这种过程就称为受激吸收。受激吸收没有外界作用，原子自发地由高能态跃迁到低能态，并辐射一个光子，这种过程叫自发辐射。自发辐射各个原子自发辐射的光是非相干光自发辐射若原子受到一个满足频率条件的外来光子的激励，由高能态跃迁到低能态，则辐射出另一同频率的光子来，这种过程叫做受激辐射。受激辐射各个原子受激辐射的光是相干光自发辐射在通常情况下，原子在各能级上的分布服从玻尔兹曼分布定律，即在低能级上的原子数较多,光通过物质时，受激吸收占优势。激光就是由受

2、激辐射产生的被放大了的相干光。激光的英文名为“lightamplificationbystimulatedemissionofradiation”第一个字母的缩写。在通常状态下，三种跃迁同时存在，受激吸收使光子数减少，受激辐射使光子数增加。哪种跃迁占优势取决于高低能级的原子数。（1）粒子数反转要使受激辐射占优势，必须使处在高能级的原子数多于低能级的原子数，这种分布与正常分布相反，称为粒子数布居反转分布。粒子数反转存在粒子数反转分布的物质称为激活介质。2.产生激光的基本条件在激活介质的两端安置两块反射镜面，一个是全反射镜，一个是部分反射镜，这对反射

3、镜面及其间的空间称为光学谐振腔。（2）光学谐振腔要得到方向性和单色性很好的激光，还必须采用光学谐振腔。光学谐振腔产生激光的基本条件最初的受激辐射源于自发辐射，只有与反射镜轴向平行的一定波长的光能在激活介质内来回反射，雪崩式地放大，在一定条件下形成稳定的强光光束，从部分反射镜面输出，得到激光。光学谐振腔对光的方向选择性产生激光的基本条件（3）阈值条件在谐振腔内，除了有光的增益，还存在工作物质对光的吸收、散射以及反射镜的吸收和透射等造成的各种损耗，只有当光在谐振腔内来回一次所得的增益大于损耗时，才能形成激光。增益大于损耗的条件称为阈值条件。产生激光的

4、基本条件3.激光器的组成和常见激光器常用激光器由三部分组成：工作物质激励能源光学谐振腔激光工作物质激励能源谐振腔激光器结构示意图按输出方式分：脉冲输出连续输出半导体激光器按工作物质分：气体激光器固体激光器液体激光器自由电子激光器激光器的分类激光器的组成和常见激光器4.激光的特性及其应用（1）方向性好激光束的发散角很小，一般为激光定位、导向、测距等就利用了方向性好的特点。（2）单色性好在普通光源中，单色性最好的是作为长度基准器的氪灯（K186）,它的谱线宽度为4.7×10-3纳米;而激光谱线宽为纳米，为氪灯谱线宽度的5万分之一。采用稳频等技术还可以

5、进一步提高激光的单色性。计量工作的标准光源、激光通讯等利用了单色性好的特点。激光的特性及其应用(3)亮度高亮度是光源在单位面积上，向某一方向的单位立体角内发射的功率。激光的功率密度特别大，因而其亮度也特别大。激光的特性及其应用激光能量在时间和空间上高度集中，能在极小区域产生几百万度的高温。激光加工、激光手术、激光武器等就利用了高亮度的特点。(4)相干性好激光具有很好的相干性。普通光源的相干长度约为1毫米至几十厘米，激光可达几十公里。全息照相、全息存储等就利用了相干性好的特点。全息照相激光的特性及其应用X射线图为“钱德拉”拍摄到的月球明亮区域由氧、

6、镁、铝和硅原子发出的X射线照片。X射线的发现1895年德国物理学家伦琴（W.C.Rontgen）在用放电管研究阴极射线时，发现在离放电管数米远放置的铂氰化钡发出了荧光。进一步实验证实，这是由于放电管管壁受到高速电子撞击时，放出的一种人眼看不到的射线引起的，后来这种看不见的射线被称为X射线。（实验还拍到了伦琴夫人手掌的X光照片）第一张X光照片一、X射线的发生装置主要组成部分：1、X射线管2、低压电源供阴极发射电子3、高压直流电源供给阴、阳两极之间所需的直流高压第一节X射线的产生极其性质X射线是高速电子流在运动中突然受到物体阻止而产生的。X射线的产生

7、必须满足两个条件：1、必须有高速度的电子流。2、必须有阻止电子运动的障碍物，将电子的动能转化为X射线的能量。X射线管是X射线发生装置的核心。现代X射线管都是热阴极式的。这种X射线管的外壳用硬质玻璃制成，管内封装有阴极和阳极，内部抽成高度真空。阳极由高熔点的钨丝制成，通电加热时可以发射电子，故称阴极。而阳极常有一小块钨板嵌在铜柱体的斜面上做成。阴极与阳极之间加有几万伏至几十万伏的直流高压电源称为管电压。X射线工作时通过两极之间的电流称为管电流。阴极通电加热之后，从阴极发射出来的电子，在强电场力的作用下，高速飞向阳极，轰击阳极靶时突然受阻，急剧减速，

8、部分电子动能转化为X光子的能量向外辐射，就产生了X射线。二、X射线的基本性质X射线是波长在10~10-3nm范围的电磁波。它具有一切电磁