第三章光和物质的相互作用 Interaction of radiation and Atomic systems 激光的基本理论 电介质的极化 光和物质相互作用的经典理论简介 谱线加宽和线型函数 典型激光器速率方程 均勾加宽工作物质的增益系数 非均匀加宽工作物质的增益系数
第三章 光和物质的相互作用 Interaction of Radiation and Atomic Systems 激光的基本理论 电介质的极化 光和物质相互作用的经典理论简介 谱线加宽和线型函数 典型激光器速率方程 均匀加宽工作物质的增益系数 非均匀加宽工作物质的增益系数
·激光器的物理基础是光频电磁场与物质的相 互作用(特别是共振相互作用) ·对大多数激光器,指光与组成物质的原子 (或离子、分子)内的电子之间的共振相互 作用 ·对自由电子激光器,考虑光与自由电子的相 互作用
• 激光器的物理基础是光频电磁场与物质的相 互作用（特别是共振相互作用） • 对大多数激光器，指光与组成物质的原子 （或离子、分子）内的电子之间的共振相互 作用 • 对自由电子激光器，考虑光与自由电子的相 互作用
激光的基本理论 经典理论:用经典电动力学的 Maxwell方程 组描述电磁场,将原子中的运动视为服从 经典力学的振子,也称为经典原子发光模 型。虽然是粗糙的,曾成功解释物质对光 的吸收的色散现象,定性说明原子的自发 辐射及其谱线宽度等 半经典理论:采用经典 Maxwel方程组描述 光频电磁波,而物质原子用量子力学描述 (兰姆理论)。能较好地揭示激光器中大 部分物理现象,也掩盖了与场的量子化特 性有关的物理现象;数学处理比较繁杂
激光的基本理论 • 经典理论：用经典电动力学的Maxwell方程 组描述电磁场，将原子中的运动视为服从 经典力学的振子，也称为经典原子发光模 型。虽然是粗糙的，曾成功解释物质对光 的吸收的色散现象，定性说明原子的自发 辐射及其谱线宽度等 • 半经典理论：采用经典Maxwell方程组描述 光频电磁波，而物质原子用量子力学描述 （兰姆理论）。能较好地揭示激光器中大 部分物理现象，也掩盖了与场的量子化特 性有关的物理现象；数学处理比较繁杂
量子理论:对光频电磁波和物质原子都作 量子化处理,并将二者作为一个统一的物 理体系加以描述(量子电动力学)。只是 在需要严格地确定激光的相干性和噪声以 及线宽极限等特性时才是必要的 速率方程理论:量子理论的简化形式,从 光子(量子化的电磁场)与物质原子的相 互作用出发,忽略了光子的相位特性和光 子数的起伏特性,只能给出激光的强度特 性
• 量子理论：对光频电磁波和物质原子都作 量子化处理，并将二者作为一个统一的物 理体系加以描述（量子电动力学）。只是 在需要严格地确定激光的相干性和噪声以 及线宽极限等特性时才是必要的 • 速率方程理论：量子理论的简化形式，从 光子（量子化的电磁场）与物质原子的相 互作用出发，忽略了光子的相位特性和光 子数的起伏特性，只能给出激光的强度特 性
激光器的严格理论是建立在量子电动力学 基础上的量子理论,它在原则上可以描述 激光器的全部特性。 用不同近似程度的理论去描述激光器的不 同层次的特性,每种近似理论都揭示出激 光器的某些规律,但也掩盖着某些更深层 次的物理现象
• 激光器的严格理论是建立在量子电动力学 基础上的量子理论，它在原则上可以描述 激光器的全部特性。 • 用不同近似程度的理论去描述激光器的不 同层次的特性，每种近似理论都揭示出激 光器的某些规律，但也掩盖着某些更深层 次的物理现象