场和物质的相互作用.ppt

光谱线的线型函数及等效线型函数 第六十二页，共九十五页，2022年，8月28日 第六十三页，共九十五页，2022年，8月28日 第六十四页，共九十五页，2022年，8月28日 第三节 均匀加宽工作物质的增益系数 一、增益系数 第六十五页，共九十五页，2022年，8月28日 第六十六页，共九十五页，2022年，8月28日 二、速率方程的稳态解及反转粒子数饱和 第六十七页，共九十五页，2022年，8月28日 气体工作物质中原子数按中心频率的分布 z Vz V 第三十页，共九十五页，2022年，8月28日 第三十一页，共九十五页，2022年，8月28日 多普勒加宽线型函数 第三十二页，共九十五页，2022年，8月28日 多普勒加宽的线型函数为： ——高斯线型 第三十三页，共九十五页，2022年，8月28日 多普勒加宽线型函数 第三十四页，共九十五页，2022年，8月28日 2. 固体工作物质中的非均匀加宽 晶体缺陷(位错,空位)造成晶格场不规则，晶体质量愈差，谱线愈宽，不能用确定函数表示，只能实验测量. 掺有激活离子的玻璃工作物质，激活离子处于不等价的配位场中，导致非均匀加宽，如钕玻璃。 掺铒光纤以均匀加宽处理 ? 均匀加宽：每一个发光粒子（原子、离子、分子）发的光 对谱线内的任一频率都有贡献 ? 非均匀加宽：每一个发光粒子所发的光只对谱线内的某些 确定的频率才有贡献。在非均匀加宽中，各种不同的粒子 对 中的不同频率有贡献 第三十五页，共九十五页，2022年，8月28日 四、均匀加宽与非均匀加宽的区别 1、从谱线加宽角度看 均匀加宽：原子之间不可区分，每个原子的自发辐射具有完全相同的线型、线宽和中心频率 非均匀加宽：原子之间可区分，每个原子的表观中心频率不同 2、从单个原子谱线加宽与原子体系谱线加宽之间的关系看 均匀加宽：原子体系的线型和线宽与单个原子的完全相同，每个原子以整个线型反射 非均匀加宽：原子体系的线型和线宽与单个原子的不同 第三十六页，共九十五页，2022年，8月28日 4、从光和物质相互作用的角度看 均匀加宽：入射的某一频率的准单色光场与介质中所有原子发生完全相同的共振相互作用，原子的受激跃迁几率相同。 非均匀加宽：入射场仅与介质中表观中心频率与其频率相应的某类原子发生共振相互作用，并引起这类原子的受激跃迁。 3、从原子对谱线的贡献看 均匀加宽：每个原子对谱线内的任一频率都有贡献，且对于某一频率的贡献是相同的 非均匀加宽：某类原子仅对谱线内某一特定频率有贡献，例如仅对与其表观中心频率相同的频率有贡献 第三十七页，共九十五页，2022年，8月28日 五、综合加宽(均匀 非均匀加宽并存) 1、气体工作物质的综合加宽线型函数 第三十八页，共九十五页，2022年，8月28日 ——佛格特线型 综合加宽线型是 的卷积 第三十九页，共九十五页，2022年，8月28日 讨论 第四十页，共九十五页，2022年，8月28日 即：综合加宽近似于均匀加宽，n2个原子近似具有同一中心频率，每个原子都以均匀加宽谱线发射 第四十一页，共九十五页，2022年，8月28日 2.固体激光工作物质的谱线加宽 主要包括： 晶格振动引起的均匀加宽 晶格缺陷引起的非均匀加宽 一般都是实验测定，难以用函数关系表示。 第四十二页，共九十五页，2022年，8月28日 He-Ne: 632.8nm CO2 : 10.6 mm 固体工作物质的谱线加宽 氦氖激光器中，Doppler 非均匀加宽占主要优势 P ～ 1333Pa 综合加宽 P 1333Pa 均匀加宽为主 红宝石: 低温－非均匀加宽；常温－均匀加宽 2.7×105MHz Nd:YAG晶体：晶格热振动引起的均匀加宽 1.95×105MHz 钕玻璃：非均匀加宽为主 7×106MHz 第四十三页，共九十五页，2022年，8月28日 第二节 激光器的速率方程 对辐射场和物质的近似处理 介质：由一群相对静止、彼此不相关的粒子组成 辐射场：由大量完全等同的光子组成，对于不同的模场认为只与该模场的平均光子数有关 速率方程：一组表征激光工作物质各能级上的原子数以及腔内光子数随时间变化的微分方程组。用于描述辐射场与粒子之间的相互作用。 第四十四页，共九十五页，2022年，8月28日 原子自发辐射、受激辐射和受激吸收几率 第四十五页，共九十五页，2022年，8月28日 一、自发辐射、受激辐射和受激吸收几率的修正 第四十六页，共九十五页，2022年，8月28日 第四十七页，共九十五页，2022年，8月28日 第四