《光的吸收和辐射》PPT课件

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1、光的吸收和辐射1，光的粒子性表现在那些方面（可以举例）2，光的波动性表现在那些方面（可以举例）3，光有那些参数来描述4，有那些实验体现了量子理论5，有那些参数描述原子中的电子自由讨论光的吸收和辐射腔模热辐射和Planck定律光的偏振跃迁几率辐射场的相干性原子体系的相干性2.1腔模腔模：激光在腔中经过多次反射形成驻波，通过相张相干增强的模式，其他模式由于相消相干而减弱。两光场叠加Nodes:A=0Anti-Nodes:A=Amax两维方向激光位相相同两维方向激光位相相反向量表示标量表示偏振矢量温度T，边长L的立方腔中，每种可能存在的驻波场即为一种腔模可存在的频率e

2、.g.=500nm,=6x1014Hz,d=109Hz,Thenn()d=3x105/mm3=0.3/(10m)3在0m范围中的模数目：光谱模密度（+d单位体积的模密度）为：=n每个频率有两个偏振分量平均光模密度2.2黑体辐射理论普朗克的黑体辐射爱因斯坦的光电效应量子力学（量子体系？？）Rayleigh–Jeans理论：能量均分，每个经典谐振子的能量为Wien理论：黑体电磁辐射能流密度的峰值波长与自身温度之间反比关系紫外灾难波尔轨道模型经典能量连续Planck理论：每个光子的能量每个模的分别Maxwell–Boltzmann分布Pla

3、nck定律平均光模能量分布紫外灾难Planck分布经典和量子分布的对比怎样理解炉火纯青？？？2.3吸收，自发辐射和诱导辐射B12（诱导）吸收系数B21诱导（受激）辐射系数A12自发辐射系数“自发”含义：不依赖于外加辐射场；辐射各向同性(频率相同、动量各方向)；受限于可辐射的空间模。Einsteinrelation:粒子数的Maxwell–Boltzmann分布粒子数比黑体辐射Einstein系数间的关系激光模式密度每个模式的自发辐射和单光子的受激辐射相等模式的光强单个模式的自发辐射受激辐射/自发辐射＝模式中的光子数在室温和热平衡状态，可见光部分光子数分布少：自发

4、辐射大于受激辐射在热辐射场中，单个模式的自发辐射大于受激辐射。所以需要光泵过程得到粒子数反转，使某些模式的受激辐射大于自发辐射，从而获得增益（激光），但是所有自发辐射和还是大于受激辐射2.4光探测器性质AmplitudeUsingthecomplexnotationFrequencybeatFastdiode(GHz)当不能响应（可见光），采取以下措施EnergyPowerEnergydensityIntensity平均探测时间远大于光的周期2.4光的偏振非偏振光：无关联且随机波动x方向偏振光：方向偏振光：圆偏振光：用Jones矢量法表示偏振用Jones矢量法表

5、示光学元件偏振光和偏振片Jones矢量法表示偏振光圆振光椭圆振光偏振光图示ttt利用偏振元件对偏振光进行调制x方向线偏振光经过一慢轴x方向1/4波片，形成x方向线偏振光圆偏振光经过x方向1/2波片，形成圆偏振光偏振元件入射偏振态出射偏振态实例450方向线偏振光经过一慢轴X方向1/4波片，形成左旋圆偏振光电磁场与物质相互作用的理论层次经典理论半经典理论全量子理论场经典经典量子(二次)物质(原子)经典量子量子常用半经典理论。特点：1、物理图像清楚；2、能解释电磁场的能量、空间分布和部分频率特性。缺点：1、不能解释自发辐射的产生；2、不能解释起伏问题。（须借助全量子理

6、论）2.5跃迁几率2.5跃迁几率粒子密度跃迁几率特征光谱能级结构自发辐射自发辐射寿命自发辐射能量碰撞诱导跃迁背景气体原子密度受激辐射有效寿命2.5.1半经典处理：原子量子；光场经典DipoleapproximationTimeindependentequationTwolevelsystemElectricdipolemomentRabifrequencyInitialcondition:2.5.2WeakfieldapproximationRotationwaveapproximationWeaksignalcondition:宽带激发不同失谐量2.5.3

7、IncludingdecayWeak-signalLorentziandistribution2.5.4StronginteractionGeneralRabiFrequencyStrongfieldanddampdecaySystemisolatedfromenvironmentInitialcondition跃迁几率，吸收系数和跃迁振强度的关系振子长度线性长度2.6辐射场的相干性光场叠加相干时间：（相同地点，相位差为）相干长度相干体积：相位差小于所围成的空间对于线宽为的激光激光的相干长度CoherencevisibilityYangdouble-slitv

8、isibility80%