1、会计学1 激光工作物质及基本原理资料激光工作物质及基本原理资料 n 全部吸收各种波长的电磁辐射能而不发生反射 ， 折射 和透射的物体称为绝对黑体 。
简称黑体 n 自然界中绝对黑体是不存在的 ，不透明的材料制成带小孔的空 腔,可近似看作黑体 。
黑体模型 n 辐射过程中始终保持温度T 不变 ， 就是平衡的黑体热辐射 。
2.1 黑体辐射与普朗克公式 n 物体除吸收电磁辐射外 ， 还会发出电磁辐射 ， 这种电 磁辐射称为热辐射或温度辐射 。
第1页/共56页 dvd dw V 辐射场用单色辐射能量密度 来描述： 单色辐射能量密度 ：辐射场中单位体积内 ，频率在 附近的单位频率间隔中的辐射能量 在温度T的热平衡情况下 ， 黑体 。

2、辐射分配到腔内每个模 式上的平均能量为 3 2 8 Vcdv P n 1 kT h e h E 可以证明 ， 黑体空腔内单位体积中频率处于附近 ， 单 位频率间隔内光波模式数n v为： 第2页/共56页 d 0 1 18 3 3 kT h e c h 在量子假设的基础上 ， 由处理大量光子的量子统计理论 得到真空中 与温度T及频率 的关系 ， 即为普朗克黑体辐 射的单色辐射能量密度公式 式中k为波尔兹曼常数 。
总辐射能量密度 : 第3页/共56页 2.2 光和物质的三种相互作用及爱因斯坦关系式 第4页/共56页 2 E 1 E 发光前发光前 h 发光后发光后 自发辐射：高能级的原子自发地从高能级E2向低能级E 。

3、1跃迁， 同时放出能量为 的光子 12 EEh 1.自发辐射 自发辐射的特点：各个原子所发的光向空间各个方向传播， 是非相干光 。
上图表示自发辐射的过程 第5页/共56页 自发辐射跃迁速率与自发辐射系数 2212 ddnA nt 第6页/共56页 2 21 2 1 dn A ndt tA entn 21 202 )( 第7页/共56页 s 212 0 2021 11 ( )dtA n tt nA 所以 s t entn 202 )( s 即自发辐射的平均寿命也可理解为原子数密度由起始 值降至它的1/e的时间 第8页/共56页 12 EEh 2 E 1 E 发光前发光前 h h 发光后发光后 h。

4、第9页/共56页 当外来激励光子能量为高低两能级能量差 时 ， 才能发生受激辐射 受激辐射的光子与外来光子的特性完全相同 ，即：频 率、 位相、偏振和传播方向完全一样 ， 因此受激辐射与外来 辐射是相干的 ， 换句话说外来辐射被 “放大” 了 光的受激辐射过程是产生激光的基本过程 12 EEh 受激辐射的特点 第10页/共56页 受激辐射跃迁速率与受激辐射系数 2212 ddnBnt 第11页/共56页 2121 BW dtn dn BW 2 2 2121 第12页/共56页 3.受激吸收 受激吸收：处于低能级E1的原子受到外来光子（能 量 ）的激励作用 ， 完全吸收光子的能量而 跃迁到高能级E2的过程 光的 。

5、受激吸收过程 12 EEh 2 E 1 E 吸收前吸收前 h 吸收后吸收后 特点：处于低能 级E1的原子受到外 来光子的激励作用， 完全吸收光子的 能量而跃迁到高能 级E2的过程 第13页/共56页 2121 dnBn dt 受激吸收跃迁速率与受激吸收系数 第14页/共56页 1212 BW 2 1212 1 1 dn WB ndt 第15页/共56页 在处于热平衡的绝对黑体空腔内的原子系统 ， 由于是 平衡状态 ， 各能级上的原子数不变 ， 辐射与吸收总数相 等 ， 从而可以建立三个爱因斯坦系数之间的关系 对于每种物质来讲爱因斯坦系数是原子能级之间的特 征参量 ， 在热平衡的绝对黑体空腔情况下导出的三个爱 因斯 。

6、坦系数对于其他情况也是普遍适用的 ，自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 第16页/共56页 dtnBdtnBdtnA 112221221 自发辐射光子数受激辐射光子数受激吸收光子数 第17页/共56页 kT h kT EE ee gn gn 12 11 22 1 1 221 112 21 21 kT h e gB gBB A 将高能级E2上的粒子数n2用低能级E1上的粒子数n1来 表示,并代入动平衡的条件下三个爱因斯坦系数满足的关 系式进一步化简,得到热平衡空腔得单色辐射能量密度为 第18页/共56页 1 1 1 18 221 112 21 21 3 3 kT h kT h e gB gB 。

7、B A e c h 33 2121 112221 8ABhc g Bg B 欲使式中两个等号同时满足必须保证分式前的系数 和指数前的系数都相等 ， 因而得到三个爱因斯坦系数 的内在联系: h n 第19页/共56页 21 gg 2112 BB 3 33 21 21 8 c h B A 在折射率为的介质中 ， 自发辐射系数与受激辐 射系数之间关系为 当高低能级的简并度相同时 ， 受激辐射与受激吸收系 数相等 。
外来光子被吸收和激发受激辐射的机会相同 。
但是一般讲高能级的简并度总比低能级的简并度要高 ，因此受激辐射比受激吸收系数要小 。
第20页/共56页 hAtnIsp 212 )( hBtnIste 212。

8、)( 3 3 21 21 212 212 8)( )( h c A B Atnh Btnh I I sp ste 同理 ， 受激辐射的光强可表示为 受激辐射光强与自发辐射光强之比为: 对于平衡热辐射光源则有： 1 21 21 212 212 KT h ste sp e B A hBn hAn I I 第21页/共56页 激光光源打破了热平衡 ， 使受激辐射大于受激吸收 ， 使 光在介质中传输能得到放大 。

稿源：(未知)

【傻大方】网址：/a/2021/0810/0023572707.html

标题：激光|激光工作物质及基本原理资料PPT学习教案