第3章 光源：激光技术

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1、光电技术及应用光电技术及应用第三章第三章光源：激光器技术光源：激光器技术Chap.IIIChap.IIIOPTICALSOURCESOPTICALSOURCES：：LASERTECHNOLOGIESLASERTECHNOLOGIES信息与通信学院信息与通信学院陈陈明明mchen@guet.edu.cnmchen@guet.edu.cn第2章光学和电磁场基础知识信息与通信学院陈明光电技术及应用光电技术及应用激光原理普通光源普通光源----------自发辐射自发辐射激光光源激光光源----------受激辐射受激辐射激光又名镭射

2、(Laser)，它的全名是“辐射的受激发射光放大”。(LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation)第2章光学和电磁场基础知识信息与通信学院陈明光电技术及应用光电技术及应用第2章光学和电磁场基础知识信息与通信学院陈明光电技术及应用光电技术及应用第2章光学和电磁场基础知识信息与通信学院陈明光电技术及应用光电技术及应用神光II第2章光学和电磁场基础知识信息与通信学院陈明光电技术及应用光电技术及应用国家点火第2章光学和电磁场基础知识信息与通信学院陈明光电技术及应用光电技术及应用激

3、光原理一.特点：方向性极好（发散角～10-4弧度）脉冲瞬时功率大（可达～1014瓦）♦空间相干性好，有的激光波面上各个点都是相干光源。（方向性极好）♦时间相干性好（Δλ～10-8埃），（单色性极好）相干长度可达几十公里。相干性极好亮度极高第2章光学和电磁场基础知识信息与通信学院陈明光电技术及应用光电技术及应用激光原理二、种类：按工作物质固体（如红宝石AlO）23液体（如某些染料）气体（如He-Ne，CO）2半导体（如砷化镓GaAs）按工作方式分连续式（功率可达104W）脉冲式（瞬时功率可达1014W）三.波长：极紫外──可见光

4、──亚毫米(100nm)(1.222mm)第2章光学和电磁场基础知识信息与通信学院陈明光电技术及应用光电技术及应用Bohr假说1、定态假设：原子存在确定的能量状态，电子绕核运动不辐射和吸收能量。能量是量子化的，分离数值为E，1E2，…，En。E2、跃迁假设：只有原子从高能级跃迁到激发态E低能级时，辐射一个hv的光子，2满足：跃迁基态EhvEE1nm第2章光学和电磁场基础知识信息与通信学院陈明光电技术及应用光电技术及应用粒子数正常分布：玻尔兹曼分布由大量原子组成的系统，在温度不太低的平衡态，原子数目按能级的分布服从玻耳兹曼统

5、计分布。温度T，原子有n个能级，能量为E（i=1,2…n）,i能级简并度g(能级为E)的状态数，能级E上的原子数iiiN,则有iEi/kTNAgeiinNiNi1NAnEi/kTgiei1第2章光学和电磁场基础知识信息与通信学院陈明光电技术及应用光电技术及应用粒子数正常分布：玻尔兹曼分布在热平衡条件下，两个能级E和E的原子数之比为：12E2E1Ng22kTeNg11T=300K,氢原子：N217010N1在室温下，原子几乎全部处于基态，这是原子的正常分布状态。第2章光学和电磁场基础知识信息与通信学院

6、陈明光电技术及应用光电技术及应用光与物质的共振相互作用光与物质的共振相互作用三种跃迁过程三种跃迁过程1、自发辐射（spontaneousradiation）E,n22处于高能级E的原子是不稳定的，2Photo即使在没有外界作用的情况下，也会跃迁自发地跃迁到低能级E，同时发射一1个能量为hv=E-E的光子，此为自发21E,n辐射过程。11二能级原子示意图自发辐射Einstein系数A21：dn211处于上能级的原子单位时间A21向低能级自发辐射的概率。dtspn2第2章光学和电磁场基础知识信息与通信学院陈明光电技术

7、及应用光电技术及应用光与物质的共振相互作用光与物质的共振相互作用三种跃迁过程三种跃迁过程E,n222、能级寿命Photo跃迁自发辐射过程是一种只与原子本身特性相关的过程，与外界无E,n关，由于自发辐射的存在，单位11时间内能级E上减少的原子数：2二能级原子示意图dn2dn21A21n2tdtdtspn(t)neA21tnes22020能级寿命：1/As21第2章光学和电磁场基础知识信息与通信学院陈明能级寿命：光电技术及应用光电技术及应用稳定能级稳定能级s10-7~10-8s激发态能级

8、激发态能级10-3~更长亚稳能级！！亚稳能级！！自发辐射是不受外界影响的自发过程，各个原子的自发跃迁彼此无关，所以自发辐射光在频率、相位、偏振方向和传播方向具有任意性。是非相干荧光，能量分布在一个很宽的频带范围内。普通光源第2章光学和电磁场基础知识信息与通信学院陈明受激辐射