《激光基本性质》PPT课件.ppt

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1、第一章激光基本原理§1光源的相干性一、时间相干性——相干时间空间某点处两个不同时刻的光场有相干性的最大时间间隔，即波列持续时间2、大小：光源的谱线宽度(线宽)证E(t)=00

2、性二、空间相干性(2)大小(1)定义某时刻沿光传播方向两个不同地点光场有相干性的最大空间间隔，即光波列长度1、纵向空间相干性——相干长度c:光在真空中的速度(3)本质反映光源单色性2、横向空间相干性——相干面积(1)定义某时刻在与光传播方向垂直的平面上使任意两点光场有相干性的最大空间面积(2)大小:光波长，As:光源面积D:光源与平面距离s1s2s2s1DO2a2b①②③当s2-s1=/2时,O处干涉条纹消失证①①③②①③②①③②①③②①③②①③②3、本质反映光源尺寸s1s2s2s1DO2a2b①②③三、光源单色性能参数1

3、、定义:光源谱线宽度,0:光源中心频率:光源波长范围,0:光源中心波长2、计算证证例2中心波长为0=0.5m的某光源单色性参数为R=10-5,求此光源的相干长度与相干时间解中心频率为0=5108MHz的某光源,相干长度为1m,求此光源的单色性参数R及线宽例1解例3某光源面积为As=10cm2,波长为=5000Å,求距光源D=0.5m处的相干面积解例4波长为=4000Å的光子,其单色性参数为R=10-5,求此光子的位置不确定量解§2光波模式与光子态一、光波模式2、光波矢量(k矢量)3、单色模密度(1)定义

4、dM:dV体积中频率为-+d内的光波模式数可以存在于封闭腔内的每一种单色平面驻波(2)计算1、定义：光波等相位面传播方向的单位矢量(3)单位sm-3证取长方体封闭腔，体积为v=xyz(m、n、q∈Z)每个模式在k空间第一卦限内对应一个点驻波条件:zyxxzykykzkxk每个模式在k空间占据体积为kx:光波矢量的x分量，或光沿x传播单位距离所产生的相移k-k+dk内的模式数：-+d内的模式数：考虑到每个驻波有两种不同的偏振态，故单色模密度为4、光波模式的相干性同一光波模式的光波是相干的二、光子态1、

5、光子性质(1)具有三量（能量、动量、质量）(2)服从玻色-爱因斯坦分布(3)具有两种独立的偏振态2、光子态无法区分的光子所处状态同一状态的光子数无限制h=6.6310-34Js：普郎克常数4、光子态的相干性同一光子态的光子是相干的5、光子简并度(1)同一光子态的光子数(2)同一光波模式中的光子数3、光子态与光波模式的等价关系(2)同一光波模式中的光子为相同光子态(1)同一光子态的光子属于相同的光波模式例1求封闭腔在5000Å处的单色模密度解例2求He-Ne激光器所发光子的能量、动量、质量(光波长为6328Å)解§3自发辐射

6、、受激辐射与受激吸收一、黑体单色辐射能量密度(普郎克公式)dE:dV体积中频率为-+d(-+d)内的辐射能量1、定义2、计算证分配到每一个模式上的能量k=1.3810-23焦/开:波尔兹曼常数,T:温度或或3、单位u:Jsm-3,u:Jm-44、实验定律(1)斯特藩－玻尔兹曼定律辐射能量密度(2)维恩定律=5.6710-8w/m3K4斯特藩常数b=2.910-3mK维恩常数uT1T2(T2>T1)m二、自发辐射跃迁1、定义发光粒子从高能级E2自发跃迁到低能级E1,并发射一个频率为的光子E

7、2E12、跃迁几率(爱因斯坦系数)(1)定义dn21:dt时间内由E2跃迁到E1的粒子数密度n2:E2能级的粒子数密度(2)大小2:能级寿命(E2能级上的粒子数由初始值减至其1/e所用时间)(Spontaneousemission)(3)单位：s-1证n2(t)=n2(0)-n21(t)A212=1令则三、受激辐射跃迁1、定义处于高能级E2的发光粒子在光子诱发下,跃迁到低能级E1,并发射一个与诱发光子同一光子态的光子E1E22、跃迁几率(1)定义(2)大小B21:爱因斯坦系数(m3J-1s-2或m3/Js2)(Sti

8、mulatedemission)(3)单位：s-1四、受激吸收跃迁1、定义处于低能级E1的发光粒子吸收了光子后,跃迁到高能级E2E1E22、跃迁几率(1)定义(2)大小(Stimulatedabsorption)B12:爱因斯坦系数(m3J-1s-2或m3/Js2)(3