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受激發(fā)射和光的放大及激光的產(chǎn)生過程


化學(xué)先生 / 2019-08-31

   ①自發(fā)輻射的選擇規(guī)則:電子從高能態(tài)向低能態(tài)的躍遷只能發(fā)生在角動(dòng)量量子數(shù)L相差±L的兩個(gè)狀態(tài)之間。


    ②亞穩(wěn)態(tài)能級(jí):不滿足選擇規(guī)則的能級(jí)(壽命為10?³～Ls)。

    受激發(fā)射指激光的發(fā)射方式，光是由物質(zhì)的分子、原子、電子運(yùn)動(dòng)面產(chǎn)生的。與普通光的自發(fā)發(fā)射不同，當(dāng)微粒受其他光的刺激而發(fā)光時(shí)，稱受激發(fā)射。其特點(diǎn)是原子或分子所發(fā)射出來的光，在頻率、位相、偏振與傳播方向上都是致的。 激光正是大量原子、 分子由受激發(fā)射所關(guān)聯(lián)起來的集體發(fā)光行為。受激輻射產(chǎn)生的光子與人射光子是完全相干的:受激輔射中，光子成倍增長，產(chǎn)生了光放大。

    激光的產(chǎn)生過程：

    激光是受激輻射發(fā)光，但實(shí)際上也存在自發(fā)輻射和吸收，見圖7-4。

    高能態(tài)粒子數(shù)大于低能態(tài)粒子數(shù)為非熱平衡狀態(tài)。在熱平衡狀態(tài)下，粒子數(shù)按能態(tài)的分

布遵循玻爾茲曼分市律?？梢酝ㄟ^下式表示:

                       N2
                       一∝exp[-(E2-E1)/(kT)]
                       N1    
    
     式中關(guān)為玻爾茲曼常數(shù)。

    為了有效地產(chǎn)生激光，必須改變這種分布，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的狀態(tài)。粒子數(shù)反轉(zhuǎn)(pop-ulation inversion)是激光產(chǎn)生的前提。在通常情況下，處于低能級(jí)E1的原子數(shù)大于處于高能級(jí)E2的原子數(shù)，這種情況得不到激光。為了得到激光，就必須使高能級(jí)E2上的原子數(shù)目大于低能級(jí)E1上的原子數(shù)目，發(fā)生受激輻射，使光增強(qiáng)(也叫做光放大)。要達(dá)到這個(gè)目的，必須設(shè)法把處于基態(tài)的原子大量激發(fā)到亞穩(wěn)態(tài)E2，使處于高能級(jí)E2的原子數(shù)大大超過處于低能級(jí)E的原子數(shù)。這樣就在能級(jí)E2和E1之間實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)。例如，氫氖激光器中，通過氨原子的協(xié)助，可使氖原子中的兩個(gè)能級(jí)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而獲得激光。
 

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