激光器的物理基礎(chǔ)激光器的物理基礎(chǔ)1.光子2.費(fèi)米能級(jí)3.光與物質(zhì)的三種作用形式1.光子光具有波粒二象性（1）光波本質(zhì)上是電磁波c=λf（2）光子E=hfh－普朗克常數(shù)h=6.626×10-34J.S（焦耳.秒）f－光波頻率Hz1.光子不同頻率的光子具有不同的能量，而攜帶信息的光波具有的能量只能是hf的整數(shù)倍。當(dāng)光與物質(zhì)相互作用時(shí)，光子的能量作為一個(gè)整體被吸收或發(fā)射。2.費(fèi)米能級(jí)物質(zhì)是由原子組成的，原子是由原子核和核外電子構(gòu)成的。電子在原子中圍繞原子核按一定軌道運(yùn)動(dòng)：這些分立的能量值，稱為原子的不同能級(jí)。E1E2E32.費(fèi)米能級(jí)在熱平衡條件下，能量為E的能級(jí)被一個(gè)電子占據(jù)的概率為：f(E)——電子的費(fèi)米分布函數(shù)，為能級(jí)E被電子占據(jù)的概率。k0——玻耳茲曼常數(shù)，k0＝1.38×10－23J/KT——熱力學(xué)溫度EF——費(fèi)米能級(jí)，它只是反映電子在各能級(jí)中分布情況的一個(gè)參量。2.費(fèi)米能級(jí)費(fèi)米統(tǒng)計(jì)規(guī)律是物質(zhì)粒子能級(jí)分布的基本規(guī)律，它反映了物質(zhì)中的電子按一定規(guī)律占據(jù)能級(jí)。EF的意義：它只是反映電子在各能級(jí)中分布情況的一個(gè)參量。EFE1E2E33.光與物質(zhì)的三種作用形式光可以被物質(zhì)吸收，也可以從物質(zhì)發(fā)射。愛因斯坦指出，光與物質(zhì)的三種作用形式：⑴自發(fā)輻射⑵受激吸收⑶受激輻射⑴自發(fā)輻射由于處于高能級(jí)的電子是不穩(wěn)定的，未收到外界激發(fā)，自發(fā)的躍遷到低能級(jí)，根據(jù)能量守恒原理，此時(shí)發(fā)射一個(gè)光子，其能量E2－E1＝hf21E2-E1=hf21E1E2⑴自發(fā)輻射自發(fā)輻射特點(diǎn)：①無外界作用，自發(fā)產(chǎn)生。②發(fā)生自發(fā)輻射的高能級(jí)不只一個(gè)，而可以是一系列高能級(jí)，因此，輻射光子的頻率亦不同，頻率范圍很寬。③即使輻射出的光子頻率相同，由于是自發(fā)、獨(dú)立的輻射，它們發(fā)射的方向和相位也不同，是非相干光。E2-E1=hf21E1E2E3E3-E2=hf32⑵受激吸收物質(zhì)在外來光子的激發(fā)下，低能級(jí)上的電子吸收了外來光子的能量而躍遷到高能級(jí)上，這個(gè)過程叫做受激吸收。E2-E1=hf21E1E2⑵受激吸收受激吸收特點(diǎn)：①在外來光子激發(fā)下產(chǎn)生，為受激躍遷。②外來光子能量應(yīng)為電子躍遷的能級(jí)之差，即外來光子能量為E=E2－E1＝hf21。③不發(fā)光，而是消耗外來光能。⑶受激輻射處于高能級(jí)E2的電子，當(dāng)受到外來光子的激發(fā)而躍遷到低能級(jí)E1時(shí)，放出一個(gè)能量為hf21的光子。由于這個(gè)過程是在外來光子的激發(fā)下產(chǎn)生的，因此叫受激輻射。E2-E1=hf21E1E2E2-E1=hf21⑶受激輻射受激輻射特點(diǎn)：①受激產(chǎn)生，且外來光子的能量等于躍遷的能級(jí)之差。②受激輻射的光子與外來光子不僅頻率相同，而且