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[共享] 受激发射

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    3 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& M; T5 X5 W9 g8 P5 i) ~% |
    4 [: }! ?# ^! |% E1 X3 ^: h
    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。
    8 S5 m/ A, O1 t4 X# |" C
    定义& @+ r- u  `, q4 o% y8 o1 V7 z- B

    - c7 T& J" r! S! _# g6 |' [# u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。
    7 u; k; H( e+ u/ G- n# a
      * s3 ?, e% v" u6 W8 P+ Y4 R
    • 原子结构
      & n( _0 ^* \1 w; ]* a7 P. q9 {1 e

        3 R* H8 K2 _7 c7 N+ G! ]* [0 X2 _
      • 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。
        $ M" ], S9 t/ I& ]1 T. A- C4 u
    • 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。$ z4 X) x- a  G( |$ \+ O
    与跃迁对应的高能阶能量E2和低能阶能量E1 满足关系式: ! I& H( ^& H* j- U2 e6 x
      5 Z9 T, L: c. u8 P" G- ~4 @
    • 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- L' v3 c% ]; \7 r7 K( Y
    发光8 i. {, y9 [& s% e% M
    4 H: k# }' `/ N# J# Q) a
    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”。
    2 q. h8 R; u6 v5 C
    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。
    / s( v( _, b/ w" M" F; X, l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。
    & _! S( C- q5 x6 D( Q- _) X, w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。) ?. V: D( M6 I& j
    受激发射跃迁机率! m$ C7 f  Q5 P2 o4 C4 r
    ! |4 A  ?- C% e. Z9 V

    # x7 K2 X2 b- `; K5 D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 N' i5 m8 k* s; ?. H( {: ^
    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。6 M5 ]4 u- C1 f3 Z
    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。
    7 d& \- M' C; u3 m/ M/ m更多内容请登陆机器视觉论坛http://shixinhua.com/bbs
    ( |# I* A( z) A  L
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