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[共享] 受激发射

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  • TA的每日心情

    8 小时前
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    [LV.10]100FPS

    发表于 2015-3-20 14:19:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
    受激发射6 n: D! I/ K$ j* f& M% F$ i  T; K7 u
    4 V9 [6 P) z4 f2 l$ D: o) P
    石鑫华机器视觉网:受激发射(英语:Stimulated emission)是激光的主要光源。受激发射的光放大(英语:Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)缩写就是“LASER”。受激发射概念是由阿尔伯特·爱因斯坦在他1917年发表的论文《关于辐射的量子理论》中提出的;大约10年后,英国著名物理学家、剑桥大学教授保罗·狄拉克首次实验证明受激发射的存在。

    % I2 U' l9 E0 C定义
    - A3 z# n5 d6 P' S
    " J0 v8 [/ g& V在说明受激发射之前需先了解原子的能阶之概念,其中发出光最重要的就是所谓跃迁。
    # c2 A8 G# ~8 L5 h0 v/ O
      1 ]3 Q4 [  Z2 y
    • 原子结构
      4 V5 B- W! m: |* R$ S! y
        * u$ n8 w$ ~/ u1 u
      • 原子基本上由原子核、电子组成。若有外来能量使电子与原子核的距离增大,则内能增加;反之减少。
        8 o4 `! O( N2 i- A5 }0 ?; }
    • 原子能阶
    • 波尔假说:原子存在某些定态,在这些定态时不发出也不吸收电磁辐射,原子定态能量只能采取某些分立值E1、E2等,这些定态能量的值称为能阶。
    • 电子通过能阶跃迁可以改变其轨道,当它从离原子核较远的轨道(高能阶)跃迁到离原子核较近的轨道(低能阶)上时将会发射出光子,反之将会吸收光子。每个跃迁对应一个特定的能量和波长。
      * b# `3 N0 q0 U: x2 l
    与跃迁对应的高能阶能量E2和低能阶能量E1 满足关系式:
    ; j( Y0 B6 J& @  F1 W7 s+ A

      ( `1 \8 c! Y' y7 T" m1 \7 U
    • 上式中 c指真空中的光速,m/s,λ为波长,ν为频率,h为普朗克常数; J.s
      0 ^0 x& J7 Z; U& K
    发光
    - @) Q" T8 K; V7 D% ], e
    ' _1 |  o1 l: p8 x; P
    正常情况下,大多数粒子处于基态,要使这些粒子产生辐射作用,必须把处于基态的粒子激发到高能阶上去。由于原子内部结构不同,相同的外界条件使原子从基态激发到各高能阶的机率不同。通常把原子、分子或离子激发到某一能阶上的可能性称为这一能阶的“激发机率”。
    # x. M: S0 D) z' @& {/ w( U7 A
    理论研究表明,光的发射过程分为两种,一种是在没有外来光子的情况下,处于高能阶E2的一个原子自发地向低能阶E1跃迁,并发射一个能量为的光子,这种过程称为“自发跃迁”;由原子自发跃迁发出的光波称为自发发射。
    , c+ p* J5 v2 Q1 K. }另一种发射过程是处于高能阶E2上的原子,在频率为ν的辐射场作用下,跃迁至低能阶E1并辐射一个能量为的光子,这种过程称为受激发射跃迁;受激发射跃迁发出的光波,称为受激发射。
    ) t4 e& H3 D6 o2 N7 U/ e受激发射与自发发射最重要的区别在于干涉性。自发发射是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不干涉的,辐射场的传播方向和偏振态也是无规分布,而受激发射是在外界辐射场控制下的发光过程。因此,受激辐射场的频率、相位、传播方向和偏振态与外界辐射场完全相同。激光就是一种受激发射的干涉光。
    3 x$ C9 o+ Y+ T& t& |受激发射跃迁机率
    # L2 U- H' u8 |9 {0 ?

    # D4 H% G7 e* a7 h2 q; l$ F
    ) t1 d5 m1 t% Y- G1 O定义为单位时间内,个高能阶原子中发生跃迁的原子数与之比
    6 t- v* A8 f$ I8 L! K0 C9 F5 g! [) _2 X为受激发射跃迁爱因斯坦系数,为辐射场单色能量密度。单位体积内,频率处于ν附近的单位频率间隔中的电磁辐射能量。4 m7 [, o8 B5 B2 I- L
    受激发射跃迁机率不仅与原子性质有关,还与辐射场的ρν有关。
    1 h2 v, _: o3 f1 _1 x  ^更多内容请登陆机器视觉论坛http://shixinhua.com/bbs
      |* r7 T8 K+ y0 V+ M. }6 S5 ?; C
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