c1.1-1.3辐射理论概要课件.ppt

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1、§1.4光谱线增宽§1.3光的受激辐射§1.5激光形成的条件第一章辐射理论概要与激光产生的条件§1.2原子能级和辐射跃迁§1.1光的波粒二象性波动性：传播过程中干涉、衍射等现象频率、波长粒子性：光与物质相互作用时（光的吸收发射、光电效应）能量、动量、运动质量1.1.1光波光波是一种电磁波，是电场E和磁场B的振动和传播。l§1.1光的波粒二象性光与大多数探测器作用时，主要是电矢量起作用，故把电矢量称作光矢量。光波是横波。光波是横波，有偏振方向，激光本质上讲是偏振光---偏振方向有时随时间变化。§1.1光的波粒二象

2、性(2)自然光1.线偏振光(1)线偏振光普通光源发出的光是自然光。1.1.1光波(1)波长:振动状态经历一个周期在介质中向前传播的距离。(2)光速(3)频率：光矢量每秒振动的次数(4)三者的关系在真空中光在各种介质中传播时，保持其原有频率不变，而速度各不相同2.光速、频率和波长三者的关系1.1.1光波(1)平面波波阵面或等相位面：光波场中，相位相同的空间各点所连成的面。平面波：波阵面是平面。实际生活中无穷远处传来的光，透镜前焦点上光源通过透镜形成的光波可看成平面波。(2)单色平面波：具有单一频率的平面波准单色波

3、：实际上不存在完全单色的光波，总有一定的频率宽度，如称为准单色波。3.单色平面波§1.1光的波粒二象性1.1.1光波(3)理想单色平面波——简谐波§1.1光的波粒二象性设真空中电磁波的电矢量在坐标原点沿x方向作简谐振动，磁矢量在坐标原点沿y方向作简谐振动，频率均为，且t=0时初位相均为零。则其振动方程分别为:其中，U为场矢量大小，代表或的大小，U0为场矢量的振幅。两式统一写为：设光波以速度c向z方向传播，波场中z轴上任一点P的振动方程图（1-1）电磁波的传播简谐波方程（行波方程）(3)理想单色平面波——简谐波单

4、色平面波的表示---行波方程§1.1光的波粒二象性分析：(a)z一定时，则U代表场矢量在该点作时间上的周期振动(c)z、t同时变化时，则U代表一个行波方程，可给出不同时刻空间各点的振动状态，从而描绘出波的传播图像。(b)t一定时，则U代表场矢量随位置的不同作空间的周期变化光波具有时间周期性和空间周期性。时间周期为T，空间周期为；时间频率为1/T，空间频率为1/图（1-1）电磁波的传播(3)理想单色平面波——简谐波光强：单位时间内通过垂直于光传播方向单位面积的光波能量。光强与光矢量大小的平方成正比，即单色平面

5、波的表示---行波方程§1.1光的波粒二象性单色平面波的复数表示复振幅:代表振幅在空间的分布，辐角(-kz)代表位相在空间的分布波阵面为一系列同心球面的波叫作球面波例：均匀介质中点光源发出的光球面简谐波方程：球面波的复数表示法：(4)球面波及其复数表示法§1.1光的波粒二象性r为光传播到达任一点P离波源的距离在真空中一个光子的能量光子的运动质量式中h是普朗克常数，h=6.63×10-34J•s。光子的动量光的能量就是所有光子能量的总和。当光与物质(原子、分子)交换能量时，光子只能整个地被原子吸收或发射。1.1.

6、2光子§1.1光的波粒二象性§1.4光谱线增宽§1.3光的受激辐射§1.5激光形成的条件第一章辐射理论概要与激光产生的条件§1.2原子能级和辐射跃迁§1.1光的波粒二象性111.2.1原子的能级和简并度物质是由原子、分子或离子组成，而原子由带正电的原子核及绕核运动的电子组成；电子一方面绕核做轨道运动，一方面本身做自旋运动。+e-e-e原子核电子主量子数n，n＝1，2，3，…大体上决定原子中电子的能量值。不同的主量子数表示电子在不同的壳层上运动;辅量子数l,l=0,1,2,…,(n-1)，它表征电子有不同的轨道角

7、动量，这也同电子的能量有关。对l=0,1,2,3等的电子顺次用s,p,d,f字母表示;磁量子数m=0，±1，±2，…±l.决定轨道角动量在外磁场方向的分量;自旋磁量子数ms=±1/2，代表电子自旋方向的取向，也代表电子自旋角动量在外磁场方向的分量;原子中电子的状态由下列四个量子数来确定：一、原子的能级量子数不同，电子运动状态不同，处在一系列不同的壳层状态或不同的轨道状态，相应地有一系列分立的不连续的能量值，这些能量通常叫作电子（或原子系统）的能级。能级：依次用E0，E1，E2，…En表示；基态：原子处于最低的能

8、级状态；激发态：能量高于基态的其它能级状态；E0基态E1E2En激发态一、原子的能级一定电子态一确定的能级一个能级若干个电子态二、简并能级、简并度简并能级：能级对应两个或两个以上的不同电子运动状态；简并度：同一能级所对应的不同电子运动状态的数目。氢原子1s,2p态的简并度原子状态nlmms简并度1s100±1/222p2110-1±1/2±1/2±1/26泡利不相容原理：多电子原子中，