最新激光基本性质教学讲义PPT课件.ppt

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1、激光基本性质(2)场频函数E():光场随频率变换的函数关系（场时函数的付里叶变换）＝2-10I()I00.5I0(3)强频函数(光谱):光强随频率变换的函数关系(场频函数的模平方)(4)线宽:强频函数峰值一半所对应的两频率之差→→→①③②①③②①③②①③②①③②①③②3、本质反映光源尺寸s1s2s2s1DO2a2b①②③三、光源单色性能参数（相对参数）1、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108MH

2、z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光波模式与光子态在激光理论中，光波模式是一个重要概念。在自由空间，具有任意波矢k的单色平面波都可以存在。但在一个有边界条件限制的空间v内，只能存在一系列独立的具有特定波矢k的平面单色波。这种能够存在于腔内的驻波（以某一波矢k为标志）称为腔内电磁波运动的一种类型，不同模式以不同的k区分。考虑到电磁波的两种独立的偏振，同一波矢k对应着两个具有不同偏振方

3、向的模。在有限空间V内：只能存在具有特定波矢的单色平面驻波。自由空间中：具有任意波矢的单色平面波都可能存在；光波模式：可以存在于封闭腔内的每一种单色平面驻波§2光波模式与光子态zyxxzy§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

4、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、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

5、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、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>T

6、1)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E2E12、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

7、J-1s-2或m3/Js2)(Stimulatedemission)(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)单位：s-1五、爱因斯坦系数关系证(1)粒子数按能级分布(2)热平衡条件(3)爱因斯坦系数关系为使任意温度下该式成立例1分别求氢原子在300K