1、第第 1 章章 緒論緒論一、一、學習要求與重點難點學習要求與重點難點學習要求學習要求1 掌握電偶極振子模型，理解模型的近似；2 掌握電偶極振子模型對介質自發輻射、吸收的解釋，以及對介質譜線加寬機制和線型函數的解釋；3 了解電偶極振子模型對介質色散的解釋；4 了解介質譜線加寬機制，理解兩種線型函數產生機制的差異；5 了解典型激光器中工作物質的加寬類型；6 掌握愛因斯坦唯象理論，理解譜線加寬對愛因斯坦躍遷系數的影響；7 了解光和物質相互作用的近代理論。重點重點1 電偶極振子模型，及其近似；2 介質自發輻射、吸收、譜線加寬機制和線型函數的經典理論；3 典型加寬機制和線型函數；4 愛因斯坦唯象理論，以

2、及譜線加寬對愛因斯坦躍遷系數的影響；難點難點1 電偶極振子模型的近似假設；2 電偶極振子模型對介質自發輻射、吸收的解釋，以及線型函數的引入；3 綜合加寬；4 譜線加寬對愛因斯坦躍遷系數的影響；二、知識點總結二、知識點總結1.經典理論經典理論 偶極振子相互作用相互作用：光電場與電物質：電偶極振子光：電磁波理論的內在邏輯：介質極化 電偶極振子模型 電偶極振子運動方程 均勻加寬線型函數：洛倫茲函數比譜線寬度：與壽命成反虛數部：選擇性吸收實數部：反常色散復數物質散射吸收損耗光電場有外光電場解：射無外光電場解：自發輻非鐵磁質極化強度 n2.線寬線寬 高寬同寬時非均勻加寬高斯函數均勻加寬洛倫茲函數線型函數

3、：歸一相對寬度一樣波數寬度波長寬度頻率寬度線寬：描述：3dBor FWHM激光工作物質躍遷中心波長加寬類型線寬工作條件紅寶石694.3nm均勻加寬300GHzT=300K高摻雜紅寶石694.3nm非均勻加寬1GHzT 1330 帕P 10m 遠紅外500MHz 無線電波。2 某電臺發射功率為 10 千瓦，頻率為 1.6MHz，試求：每秒鐘發射多少光子？若是向空間各向均勻發射，在相距 5km 處一直徑 2 米圓天線每秒最多能接收到多少光子？解題思考：解題思考：關鍵概念：關鍵概念：光是電磁波，光子能量關鍵公式：關鍵公式：PNh解題關鍵點：解題關鍵點：各向均勻發射的電臺發射球面電磁波解：解：每秒鐘發

4、射多少光子數：PNh33034610 109.4 10 (/s)6.626 101.6 10個圓天線每秒最多能接收到光子數：224NNrR30222269.4 1019.4 10 (/s)4 510個3 為使氦氖激光器的相干長度達到 1km，它的單色性 / 應該是多少？解題思考：解題思考：關鍵概念：關鍵概念：相干長度，光波單色性關鍵公式：關鍵公式：，ccL解題關鍵點：解題關鍵點：1）常見氦氖激光器的輸出激光波長一般取 630nm。2）譜線寬度的相對值以波長和頻率的表示相同。解：解：因為 ccL所以單色性 9103ccc630 106.30 101 10LL4 有一支輸出波長為 632.8nm，

5、線寬為 103Hz，輸出功率為 1mW 的氦氖激光器，問：（1）每秒發出的光子數目是多少？（2）如果氦氖激光器輸出光束的直徑是 1 毫米。那么對于一個黑體來說，要求它在相等的時間內從相等的面積上向相同的頻率間隔內發射出與相同數量的光子，所需溫度應多高？5 按激光介質分類，有哪幾類激光器，各有什么特征？解題思考：解題思考：關鍵概念：關鍵概念：激光介質，激光器分類解題關鍵點：解題關鍵點：1）激光介質通常按物象分類。2）激光器特征可從體積質量大小、堅固與否、激光輸出強弱、光束質量好壞、能量利用效率如何等方面陳述。解：解：按激光介質分類，激光器可分為固體、氣體、液體、半導體和光纖激光器等 5 類。固體

6、激光器通常具有體積小、結構堅固、輸出激光強、能量利用率較高的特征，光束質量也較好。氣體激光器通常具有光束質量好的特征，一般體積較大，能夠輸出激光強，但能量利用率較低。液體激光器通常具有光束質量好的特征，一般體積較大較復雜，能量利用率較低。半導體激光器通常具有體積小、結構堅固、輸出激光強、能量利用率高的特征，輸出光束質量也差。光纖激光器通常具有體積小、散熱好、輸出激光強、輸出光束質量好、能量利用率高的特征。是目前高能激光器的一個發展方向。6 設一光子的波長=500nm，單色性，試求光子的位置不確定量。若7010 x光子波長變為 0.5nm（x 射線）和（射線） ，則相應的又是多少?討論所nm1055x得的結果。解題思考：解題思考：關鍵概念：關鍵概念：光子動量，測不準原理關鍵公式：關鍵公式：，hpxph 解題關鍵點：解題關鍵點：由線寬求動量不確定量解：解：因為 hp2hp又因為xph 所以2x對于光波長 500nm：97500 105(m)10 x 對于光波長 0.5nm：970.5 105(mm)10 x 對于光波長：nm105514775 105 10 (m)10 x 討論：討論：顯然，光波長越短其空間不確定度越小。射線在空間上已可以說有確切位置。Reference1、 激光原理 周炳昆 高以智等 2004 國防工業出版社2、