激光原理和技术简介 、光子的基本特性 爱因斯坦根据光电效应实验并结合普朗克能量 子假说,提出了光量子理论光是一种以光速运 动的光子流,光子和其它基本粒子一样,具有能 量、动量和质量。它的粒子属性(能量、动量 质量等)和波动属性(频率、波矢、偏振等) 之间的关系满足:
2 一、光子的基本特性 爱因斯坦根据光电效应实验并结合普朗克能量 子假说,提出了光量子理论:光是一种以光速运 动的光子流,光子和其它基本粒子一样,具有能 量、动量和质量。它的粒子属性（能量、动量、 质量等）和波动属性（频率、波矢、偏振等） 之间的关系满足： 激光原理和技术简介
(1)、E=hv=O=ho; E hv (2)、m=-2 2 C 光子具有运动质量,但静止质量为零; h2丌 (3)、P= mono= n,=nk 22 (4)、光子具有两种可能的独立偏振态,对应 于光波场的两个独立偏振方向; (5)、光子具有自旋,并且自旋量子数为整数, 是玻色子。(电子的自旋量子数为±1/2,是 费米子。)
3 、 ； = = = 2 (1) h E h 光子具有运动质量，但静止质量为零； (2)、 , 2 2 c h c E m = = 、 n k； h P = m cn0 = • 0 = 2 2 (3) (4)、光子具有两种可能的独立偏振态，对应 于光波场的两个独立偏振方向； (5)、光子具有自旋，并且自旋量子数为整数， 是玻色子。（电子的自旋量子数为 ，是 费米子。） 1 2
二、光辐射的量子理论基础 1、三种跃迁 (1)受激吸收 E E 处于低能级态的原子在一定 条件下的辐射场作用下,吸入光子 收一个光子,跃迁到高能 E E 级态。 受激吸收概率 n, dt t W12=B12P(v 为E能级上的原子数密度,p(v)为辐射场能量密度 B2为爱因斯坦吸收系数,只与粒子本身的性质有关
4 二、 光辐射的量子理论基础 1、三种跃迁 受激吸收概率： t 12 1 12 1 dt s dn n W = W12 = B12 (） B12 为爱因斯坦吸收系数, 只与粒子本身的性质有关。 n1 为E1能级上的原子数密度, (） 为辐射场能量密度 （1) 受激吸收 处于低能级态的原子在一定 条件下的辐射场作用下，吸 收一个光子， 跃迁到高能 级态
(2)自发辐射 E A 处于高能级态的原子 自发跃迁到低能级态, 自发辐射光子 并同时向外辐射出一 E 个光子(自发辐射只 与原子本身性质有关 光子能量:hv21=E2-E1 与辐射场的p(无自发跃迁概率:41 关) dt 单位时间、单位体积内,E上粒子的减少为 dt 于是有:n2=n2exp(-21)=n2exp(--) S 为E2自发辐射寿命。 5 21
5 (2) 自发辐射 光子能量： h 21 = E2 − E1 自发跃迁概率： 2 21 21 1 dt n dn A sp = 单位时间、单位体积内， 上粒子的减少为： 21 2 2 21 A n dt dn dt dn s p = − = − E2 于是有： exp( ) exp( ) 0 2 1 2 0 2 2 s t n n A t n = − = − 21 1 A s = 为 E2 自发辐射寿命。 处于高能级态的原子 自发跃迁到低能级态， 并同时向外辐射出一 个光子（自发辐射只 与原子本身性质有关， 与辐射场的 无 关） 。 (）
(3)受激辐射 处于高能级态的原子 E 在一定条件下的辐射 E 受激輟射光子 场作用下,跃迁到低 入射光子 能级态,并同时辐射g 入射光于 一E 出一个与入射光子完 全一样的光子。 受激辐射的概率: 1 dna Wa,=Bu plv2u B21称为爱因斯坦受激发射系数 受激辐射与自发辐射的重要区别在于其相干性
6 (3) 受激辐射 受激辐射的概率： dt st dn n W = 21 2 21 1 ( ) 21 21 21 W = B B21 称为爱因斯坦受激发射系数。 处于高能级态的原子 在一定条件下的辐射 场作用下，跃迁到低 能级态，并同时辐射 出一个与入射光子完 全一样的光子。 受激辐射与自发辐射的重要区别在于其相干性