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[共享] 受激发射

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    6 小时前
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    [LV.Master]120FPS

    发表于 2015-3-20 14:19:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
    受激发射
    - _, s  w0 d3 }; G9 l2 i3 b( l1 z' v3 t% ~  o. T5 o& X! {# F
    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。
    1 R" Y8 t. g) g. U3 x2 U
    定义
    5 V4 u7 I5 N3 J# i* I8 A( p6 ~' q% }1 \
    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。
    ! X* V) ~/ o: h$ m% E( z6 Q

        M; n  t) w9 q, h( j$ L4 D
    • 原子结构
      & c2 d3 X8 u# s1 y2 O* s! u

        2 u6 V  X: R9 K% y1 m
      • 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。
        * c7 L2 p0 H! b6 s( [1 s( b# z! C
    • 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。+ R% U! e  K# _6 G7 ?5 X, n
    与跃迁对应的高能阶能量E2和低能阶能量E1 满足关系式: 7 |5 A5 o6 e/ w. [8 B0 a2 R9 ^2 u
      $ J% u! I- ~6 ]' d# Z0 h
    • 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$ E; u" ?0 X& ]
    发光
    . }, ^5 a$ x: p5 i; ?& i

    0 P+ U9 q& k8 |. o/ {4 D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”。
    - B9 v+ @, ?. h
    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。6 R% V9 P6 S; t+ O3 U0 ~* s
    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。& X3 Y1 H$ Z% I& X* Z$ u% [
    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。
    " C  l8 }: ?0 X受激发射跃迁机率
    5 z3 y! h$ ]1 I. I6 E7 q

    3 n/ Y, k0 a5 h1 {9 X
    . }; M1 Q9 C1 Q: ]4 ?" P  A( n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0 v" t6 r9 V' L! A9 T/ {
    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。; X# m; ^4 w9 X! y( ]
    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。
    + \( T8 M! p3 s更多内容请登陆机器视觉论坛http://shixinhua.com/bbs6 U8 S2 L. F# F3 E+ x, R! s
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