光电技术-激光原理与技术.ppt

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1、第三章激光原理与技术本章主要内容第四节激光产生的条件第三节激光产生的原理第二节热辐射及黑体辐射第一节光源第五节激光器的基本结构第六节激光器的输出第七节激光的种类第四节激光产生的条件1.光源光源分为非相干光源和相干光源非相干光源：照明光源（白炽灯、荧光灯等），显示光源（阴极射线管、液晶显示器、等离子体显示器等），其他（太阳等）相干光源(激光)气体激光器、固体激光器、染料激光器等等。1、光源—非相干光源1.1非相干光源照明光源显示光源其它光源1、光源—相干光源1.1非相干光源的特点非相干光:传播方向、频率、相位都是不统一的非相干

2、光源的特点：由原子或分子体系的自发辐射的光脉冲集合而成光波。这些光脉冲的传播方向、频率和相位都是不确定的。1、光源—相干光源1.2相干光源（激光）气体激光器固体激光器半导体激光器染料激光器1、光源—相干光源1.2相干光源的特点相干光:传播方向、频率、相位都是统一的激光主要特性：光波的传播方向、相位和频率在时间、空间上都是同一的。具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性等特点。1、光源—激光1.4激光的发明1917年爱因斯坦提出受激辐射理论，奠定了激光的理论基础1954年美国人汤斯研制成功微波激射器1958年美国人肖洛和汤斯，

3、苏联人巴索夫和普洛霍夫同时提出激光振荡的具体设想1960年美国人梅曼发明了红宝石激光器1、光源—激光的发明汤斯爱因斯坦肖洛梅曼世界上第一台红宝石激光器1、光源—激光的发明表1我国各类激光器的“第一台”1、光源—激光1.5激光对科学技术的影响激光光谱学非线性光学信息光学1.6激光的应用航天工程激光通信激光武器2、热辐射及黑体辐射2.1热辐射任何温度高于0K以上的物体都发射各种波长的电磁波。这种由于物体受到热激发而产生的辐射称为热辐射，所辐射的能量称为辐射能。辐射能量以及辐射能按波长的分布都与温度有关：随物体温度的升高总辐射能逐

4、渐增加随物体温度的升高辐射能量逐渐向短波部分分布任何物体向周围发射辐射能的同时，也吸收周围物体辐射的辐射能2、热辐射及黑体辐射热辐射的基本概念单色辐射出射度—M(λ,T)如果从物体表面单位面积上所发射的、波长在λ和λ+dλ范围内的辐射功率为dM，那么dM与波长dλ间隔的比值称为单色辐射出射度，单位是单位是W•m-3辐射出射度—M(T)从物体表面单位面积上所发射的各种波长的总辐射功率称为辐射出射度，单位是W•m-2。辐射出射度与单色辐射出射度的关系:2、热辐射及黑体辐射吸收比—α(T)吸收的能量和入射总能量的比值称为吸收比反射

5、比—ρ(T)反射的能量和入射总能量的比值称为反射比物体的吸收比和反射比随物体的温度和入射辐射能的波长有关物体在温度T时，对于波长在λ和λ+dλ范围内的辐射能的单色吸收比α(λ,T)和单色反射比ρ(λ,T)2、热辐射及黑体辐射2.2绝对黑体模型在任何温度下，若物体都能把照射在其上的任何波长的辐射都能完全吸收的物体，称为绝对黑体，简称黑体用不透明材料制成的开一小孔的等温空腔作为黑体模型从等温封闭空腔小孔发出的辐射模拟黑体辐射绝对黑体模型2、热辐射及黑体辐射2.4黑体辐射实验黑体辐射实验装置2、热辐射及黑体辐射2.3基尔霍夫定律定

6、律内容：在同样的温度下，任何物体对相同波长的单色辐射出射度与单色吸收比之比值相等，并等于该温度下黑体对同一波长的单色辐射出射度定律表达式：其中，MB(,T)为单色辐射出射度，(,T)为单色吸收比2、热辐射及黑体辐射2.5黑体辐射实验结果斯忒藩-波尔兹曼定律：维恩位移定律：式中，为斯忒藩-玻尔兹曼常数，=5.670×10-8W/(m2·K4)式中，b为维恩常数，b=2.898×10-3m·K黑体辐射实验结果2、热辐射及黑体辐射2.6黑体辐射理论模型维恩公式：瑞利-金斯公式：维恩公式与黑体辐射实验曲线在短波段符合较好，

7、但是在长波段产生偏离瑞利-金斯公式与黑体辐射实验曲线长波段符合较好，但是在短波段误差很大理论与实验相比较2、热辐射及黑体辐射2.7普朗克公式普朗克的量子假说：辐射黑体是由带电的谐振子组成以频率为振动的谐振子只能取、2、3···这样分立的能量值=h，h为普朗克常数，为振动频率谐振子辐射电磁波并和周围的电磁场交换能量谐振子与辐射场交换能量时，只能是某个基本单元的整数倍，而且是一份一份的按不连续的方式进行2、热辐射及黑体辐射普朗克公式式中，c是光速；k=1.381×10-23J/K是玻耳兹曼常数，e是自然对数的底，

8、h=6.626×10-34J•s为普朗克常数。当很小时，，普朗克公式维恩公式当很小时，，普朗克公式瑞利-金斯公式2、热辐射及黑体辐射3.激光产生的原理3.1玻尔假设定态假设原子中存在具有确定能量的定态，在这些定态中，电子绕核运动不辐射也不吸收电磁能量；原子定态能量是不连续的，是量子