《二部分I光与物质作用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《二部分I光与物质作用（12页珍藏版）》请在装配图网上搜索。
1、激光的基本原理及特性激光的基本原理及特性第二部分光与物质的相互作用二、光与物质的相互作用二、光与物质的相互作用 任何物质的发光，溯其根源都是光与物质相互作用的结果。同样激光产生的物理基础也是光与物质的相互作用，即指光和构成激光工作物质中原子、分子或离子作用。（一）、黑体辐射（一）、黑体辐射1、空腔热辐射 绝对黑体：绝对黑体：在任何温度下都能把照到其上的任何频率的辐射完全吸收（即(,T)1）的物体。2、黑体辐射的实验规律 将一个空腔的腔壁加热，使其保持一恒定的温度T，则小孔出射的辐射相当于从面积等于小孔面积，温度为 T 的绝对黑体表面所出射。如图所示，图上每一条曲线反映了在一定的温度下，单色辐出
2、度按波长分布的情况。由热力学理论得出以下实验定律。黑体辐射的功率谱12000K；21800K；31600K41400K；51200K；61000K激光的基本原理及特性激光的基本原理及特性（1）、斯忒潘波耳兹曼定律）、斯忒潘波耳兹曼定律 黑体辐射出射度 Me,B(T)与绝对温度的4次方成正比，即：Me,B(T)T4 式中 为斯忒潘常数，其值为 5.67 x 10-8 W.m-2.K-4（2）、维恩位移定律）、维恩位移定律 每一曲线上有一个Me,B(,T)的最大值,相应的波长为m，T与m的关系为 T m b 式中 b 称为维恩常数，其值为 b 2.897 x 10-3 m.K 当温度升高时，m 变
3、小，说明辐射能量向高频方向移动。绝对黑体温度与辐射出射度峰值波长对应值绝对黑体温度与辐射出射度峰值波长对应值黑体绝对温度（K）辐射峰值波长（m）1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 2.898 1.449 0.966 0.725 0.580 0.483 0.415第二部分光与物质的相互作用激光的基本原理及特性激光的基本原理及特性（3）、绝对黑体辐射出射度分布曲线的峰值定律）、绝对黑体辐射出射度分布曲线的峰值定律 实验表明，绝对黑体辐射出射度的峰值Me,B(m,T)与绝对温度的5次方成正比，即 Me,B(m,T)CT5 式中 C=1.301 X 10-15 W.c
4、m-2.m-1.K-5 以上三个定律分别表示了绝对黑体总辐射出射度绝对黑体总辐射出射度(分布曲线下的面积分布曲线下的面积)、峰值波、峰值波 长、峰值波长对应的辐射出射度峰值与绝对温度的关系。长、峰值波长对应的辐射出射度峰值与绝对温度的关系。3、维恩公式和瑞利金斯公式、维恩公式和瑞利金斯公式（1）、维恩公式）、维恩公式 Me,B(,T)(c2/5)e-(c/T)据此公式绘出的曲线与实验曲线在高频端符合较好，低频端产生偏离。（2）、瑞利金斯公式）、瑞利金斯公式 Me,B(,T)(2c/4)kT 据此公式绘出的曲线与实验曲线在长波段符合较好，但在短波段误差很大。第二部分光与物质的相互作用激光的基本原
5、理及特性激光的基本原理及特性4、普朗克公式、普朗克公式 1900年普朗克作了一次大胆的尝试。他假设，黑体出射度的能量不是连续的，而是一份一份的。他第一个提出了能量子假设，开创了近代物理的新纪元。普朗克黑体辐射的能量密度公式：(,T)(8h3/c3)1/(e(h/kT)-1)及黑体辐射的单色辐射出射度公式：Me,B(,T)2hc2-5 1/(e(hc/kT)-1)式中 k 是波耳兹曼常数，h 是普朗克常数。它们的数值为:k=1.381 x 10-23 J/K;h=6.626 x 10-34 J.s在短波部分，由于hkT,则e(h/kT)1,普朗克公式变为维恩公式；在长波部分，h n2 W12W2
6、1 (设f1f2)受激辐射 受激吸收 吸收9332121102118kThspsteehcABIIhBNIhANIstesp212212T=1500K,=500nm第二部分光与物质的相互作用激光的基本原理及特性激光的基本原理及特性自发辐射受激辐射自发辐射：自发辐射：原子在不受外界辐射场控制情况下的自发过程；大量原子的自发辐射场的相位是无规则分布的，因而是不相干的。此外，自发辐射场的传播方向和偏振方向也是无规则分布的，即自发辐射平均地分配到腔内所有模式上。受激辐射：受激辐射：是在外界辐射场的控制下的发光过程，即各原子的受激辐射的相位不在是无规则分布，而是具有和外界辐射场相同的相位。受激辐射光子与入射（激励）光子属于同一光子态；即受激辐射场与入射辐射场具有相同的频率、相位、波矢（传播方向）和偏振。即受激辐射场与入射辐射场属于同一模式。第二部分光与物质的相互作用
二部分I光与物质作用
