资源描述：
《激光物理基础》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、目录第一章激光的基本原理21」相干性的光子描述21.2光的受激辐射基本概念51.3光的受激辐射放大71.4光的自激振荡10EquationChapter1Section11.6激光器的白组织（加页）11第二章开放式光腔与高斯光束132.1光腔理论的一般问题13第四章电磁场和物质的共振相互作用154」电介质的极化164.2光和物质相互作用的经典理论简介172激光器的速率方程理论302」激光器的速率方程302.3激光器的瞬态特性332.4调Q激光器的速率方程352.4典型激光器速率方程373.密度矩阵483」激光的半经典
2、理论概况与近似条件482.2密度矩阵492.3密度矩阵的运动方程502.4二能级原子系统的密度矩阵512.5密度矩阵的矢量模型564.3行波与二能级原子作用的M・B方程624.4谐振腔中的M-B方程644.5哈肯的激光方程674.6单模均匀加宽的行波激光方程69第一章激光的基本原理1.1相干性的光子描述一•基本性质光子(量子力学图象)，速度C,是粒子，光子流是粒子流。1.能量q=hv=hco卩是频率，/?=6.626x10~34JS普朗克常数2.运动质量m--静质里叫-0C~C3.动量p=_加_hv_h2兀一.r.h
3、厂2龙一二加"o=25=4)=c.?.%=加，h=，k=•他CC27UA27TX4.两个独立的偏振状态5.光子的自旋，s=l,玻色一爱因斯坦统计，一个态可以有无数量子数。波和粒子不可分辨，二象性。由康普顿散射实验证实。理论上由量子电动力学把波和粒子统一描述。二•光波模式和光子状态的相格1.光波模式单色波：E(r,t)=EQel27rvt~lk'r,自由空间里斤可任意，"甲，2,卜任A七.尼、O有限体积V内，斤不任意，设V=Ax•Ay•Az的立方体。驻波条件：zlr=/??•—>Ay=a?•—,Az=,m正整数。222
4、7T7T7Tk=—m、k=—n,k.=—q?AyAz在动量空间，k,k,为轴的直角坐标系屮，AZr=—,k=—,AZ:.=—,•'Ax)Ay-Az龙3jr'每一个模式占的体积：Nk*业==—'>2ArAyAzV斤空间中，kUk+dk内体积为(~)47rk2clk=AVk8模式数(状态数)：学二譬V,寻=型,dk=—dvo模式数为emzccV厶啤，〃八考虑每一个模式有两个偏振态，所以2旷cP=2x模式数=8帀VdVo2•粒子观点测不准关系ArA/?v-h,这内部的粒子属于同一状态，AxAyAzA/7vApvA/2,~
5、It',一个相格空间体积为AxAyAz=••△亿△竹也(2”一列光波模两列相反波形成驻波，Apv=2hkx,py=2TiAky,△化=2力乂，=>xy^zpxpvA/?_=It它们是一致的。三•光子的相干性在不同空间点上，在不同时刻的光波场的某些特性的相关性。相干性的粗略描述，相干体积VOVc=AcL=Actcc,为相干时间1•原子发光持续一段时间或波列长度为ch原子谱线，&即为原子激发态寿命相干时间"g心线度为心的光源A,证明®,头两点有相干性：条件为,_R4=L=(―)2,Lx^RO,如=△&,(
6、心尸为光源的面积A¥R2•光子的观点:Apv=Apy=pA3=—A3,化=制，Apr=A
7、p
8、=-Ayh3h3c3AvAyAz二二=—V■74卩、皿（仔）「（△歼力”厂V（A"c2c'（1）相格空间体积与相干体积相等。（2）属于同一状态的光子或同一模式的光波是相干的，不同，则不相干。四.光子的简并度相干光强决定具有相干性的光子数目或同态光子的数目，处于同一光子态上的光子数称为光子的简并度帀:（1）同态光子数（2）同一模式的光子数（3）处于相干体积内的光子数（4）处于同一相格内的光子数1.2光的受激辐射基本概念一•
9、黑体辐射的普朗克公式:某温度7黑体辐射每个模式上的平均能量为E=^^,光波模式数为:P8”n=二zVdyc3单色能量密度:是黑体辐射公式_8^/2/1P产云e位-1kT二：受激辐射和自发辐射概念辐射场和物质的相互作用E2-Ex=hy,爲，厶上粒子取密度勺，厲。1•自发辐射几率A,A2I与原子的性质有关。概率:吩今）十％与原子和以苑nP7dn^,dn仆4#、_Az一匸需=一（盲爲=一&“2，n2（t）=n2Qe=n2Qe$,码十礁发跃迁爱因斯坦系数。1.受激吸收:n2A.f、廻-目）kT扎，長为E?,£；的统计权重。
10、3.受激辐射:W2[—（；）計~~，%1=^2Py°三:&
11、，划，％的相互关系。（1）腔内热平衡黑体辐射_A（2）腔内物质原子服从玻尔兹曼分布n}=f}ekT（3）平衡态时，§,q不变。有/如2】、「如21、_皿、(莎爲+(莎人一(莎'd/(z)=[g(/)-a]/(z)dz斗“]+』f!TL他+BxP产B2Py*"T人21~B2P7=f
