14光的量子性与激光g

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1、光的量子性与激光物理基础第十四章物体在任何温度下都向外辐射电磁波热辐射:由热运动引起的辐射14-1黑体辐射普朗克能量子假设平衡热辐射物体具有稳定温度发射电磁辐射能量吸收电磁辐射能量相等一、黑体、黑体辐射如果一个物体能全部吸收投射在它上面的辐射而无反射，这种物体称为黑体。黑体模型黑体实例?如远处不点灯的建筑物单位时间物体单位表面积发射的各种波长的总辐射能单色辐出度单位时间内,从物体表面单位面积上发出的，波长在λ附近单位波长间隔内的辐射能.辐射出射度(辐出度)绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线012

2、3456λ(nm)1100K绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线0123456λ(nm)1300K1100K绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线0123456λ(nm)1500K1300K1100K绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线0123456λ(nm)1700K1500K1300K1100K由实验及理论都可以得到斯忒藩—玻尔兹曼定律二、斯忒藩（Stefan)——玻尔兹曼定律维恩（Wien)位移定律每条曲线下的面积等于绝对黑体在一定温度下的辐射出射度斯忒藩常数1、斯忒藩（Stefan)——玻尔兹曼

3、定律维恩位移定律:维恩位移定律指出：当绝对黑体的温度升高时，单色辐出度最大值向短波方向移动。2、维恩（Wien)位移定律最大值所对应的波长为峰值波长λ例假设太阳表面的特性和黑体等效，测得太阳表面单色辐出度的最大值所对应的波长为465nm。试估计太阳表面的温度和单位面积上的辐射功率解：三、普朗克的量子假说普朗克公式瑞利(Rayleigh)--金斯(Jeans)经验公式维恩(Wien)经验公式问题：如何从理论上找到符合实验的函数式？1.经典理论的困难oλ(nm)123568947实验值oλ(nm)1

4、23568947实验值维恩oλ(nm)123568947实验值瑞利--金斯紫外灾难oλ(nm)123568947实验值维恩瑞利--金斯紫外灾难2.普朗克量子假说能量子假说(1)组成黑体壁的分子、原子可看作是带电的线性谐振子，可以吸收和辐射电磁波。(2)这些谐振子只能处于某种特殊的能量状态，它的能量取值只能为某一最小能量（称为能量子）的整数倍，即：对于频率为的谐振子最小能量为h称为普朗克常数，正整数n称为量子数。（n为正整数）问题：如何从理论上找到符合实验的函数式？注意：普朗克这一思想是完全背离经

5、典物理，并受到当时许多人的怀疑和反对，包括当时的物理学泰斗---洛仑兹。乃至当时普朗克自已也想以某种方式来消除这一关系式。它写道：“我试图将h纳入经典理论的范围，但一切这样的尝试都失败了，这个量非常顽固”．后来他又说：“在好几年内我花费了很大的劳动，徒劳地去尝试如何将作用量子引入到经典理论中去。我的一些同事把这看成是悲剧。但我有自已的看法，因为我从这种深入剖析中获得了极大的好处，起初我只是倾向于认为，而现在是确切地知道作用量子将在物理中发挥出巨大作用”。事实上正是这一理论导致了量子力学的诞生，

6、普朗克也成为了量子力学的开山鼻祖，1918年因此而获得诺贝尔奖。振子在辐射或吸收能量时，从一个状态跃迁到另一个状态。在能量子假说基础上，普朗克得到了黑体辐射公式：这一公式称为普朗克公式,它和实验符合得很好。c——光速k——玻尔兹曼恒量e——自然对数的底oλ(nm)123568947普朗克实验值M.V.普朗克研究辐射的量子理论，发现基本量子，提出能量量子化的假设1918诺贝尔物理学奖例：一频率为=0.5HZ，振辐为A=10cm，劲度系数为K=3.0N/m的谐振子：X求：量子数n;若n改变一个单位

7、，系统能量改变的百分比若能量变化，一次减少一个能量子，一个能量子能量：不连续变化的比率：若每相差一能量子画一直线E宏观看是连续的由此可见可以把经典物理看成是量子物理在量子数很大时的特殊情况（只有n很小时，能量的不连续才显得很明显）对应原理：量子论对一个系统的描述，当量子数非常大时，即与经典物理的描述一致。（1929年波尔提出）事实上，第一个认识到普朗克假说的伟大意义的是爱因斯坦。Is饱和电流光强较强IUaOU光强较弱遏止电压光电效应伏安特性曲线光电效应实验装置OOOOOOVGAKBOOm14-2

8、光电效应光的波粒二象性一、光电效应的实验规律2.光电子初动能和入射光频率的关系1.光电流与入射光光强的关系结论:单位时间内电极上逸出的光电子数和入射光光强成正比.实验指出：饱和光电流和入射光光强成正比。当反向电压加至时光电流为零，称为遏止电压。遏止电压的存在说明光电子具有初动能，且：和金属有关的恒量Uo和金属无关的普适恒量k实验指出：遏止电压和入射光频率有线性关系，即：oUaννo遏止电压与入射光频率的实验曲线结论：光电子初动能和入射光频率成线性关系，与入射光光强无关。3、存在截止频率（红限）对