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1、物体在任何温度下都向外辐射电磁波物体在任何温度下都向外辐射电磁波热辐射热辐射14-1 黑体黑体辐辐射射 普朗克能量子假普朗克能量子假设设平衡热辐射平衡热辐射物体具有稳定温度物体具有稳定温度放射电磁辐射能量放射电磁辐射能量吸取电磁辐射能量吸取电磁辐射能量相等相等一、一、黑体、黑体辐射黑体、黑体辐射 假如一个物体能全部吸取投射在它上面的假如一个物体能全部吸取投射在它上面的辐射而无反射，这种物体称为黑体。辐射而无反射，这种物体称为黑体。黑体模型黑体模型黑体黑体单位时间物体单位表面积放射的各种波长的单位时间物体单位表面积放射的各种波长的总辐射能总辐射能.单色辐出度单色辐出度单位时间内单位时间内,从物体
2、表面单位面积上发出的，从物体表面单位面积上发出的，波长在波长在 旁边单位波长间隔内的辐射能旁边单位波长间隔内的辐射能.辐射出射度辐射出射度(辐出度辐出度)确定黑体的单色辐出度确定黑体的单色辐出度按波长分布曲线按波长分布曲线0 1 2 3 4 5 6(nm)1700K1500K1300K1100K二二、斯特藩斯特藩玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律 维恩位移定律维恩位移定律每条曲线下的面积等于确定黑体在确定温度下每条曲线下的面积等于确定黑体在确定温度下的辐射出射度的辐射出射度斯忒藩常数斯忒藩常数1、斯特藩斯特藩玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律维恩位移定律维恩位移定律:维恩位移定律指出：当确定黑体的温度上升时，维恩
3、位移定律指出：当确定黑体的温度上升时，单色辐出度最大值向短波方向移动。单色辐出度最大值向短波方向移动。2、维恩维恩(Wien)位移定律位移定律最大值所对应的波长最大值所对应的波长 称为称为峰值波长。峰值波长。例例 假设太阳表面的特性和黑体等效，测得太阳假设太阳表面的特性和黑体等效，测得太阳表面单色辐出度的最大值所对应的波长为表面单色辐出度的最大值所对应的波长为465nm。试估计太阳表面的温度和单位面积上的辐射功率试估计太阳表面的温度和单位面积上的辐射功率解：解：三、普朗克的量子假说普朗克的量子假说瑞利瑞利-金斯金斯阅历阅历公式公式维维恩恩阅历阅历公式公式1.经经典理典理论论的困的困难难o(nm
4、)1 2 3 5 6 8 947试验值试验值维恩维恩瑞利瑞利-金斯金斯紫紫外外灾灾难难 2.普朗克量子假普朗克量子假设设能量子假能量子假设设：(1)组组成黑体壁的分子、原子可看作是成黑体壁的分子、原子可看作是带电带电的的线线性性谐谐振子，可以吸取和振子，可以吸取和辐辐射射电电磁波。磁波。(2)这这些些谐谐振子只能振子只能处处于某种特殊的能量状于某种特殊的能量状态态，它的，它的能量取能量取值值只能只能为为某一最小能量某一最小能量 (称称为为能量子能量子)的整的整数倍，即：数倍，即：(n为为正整数正整数)h 称称为为普朗克常数，普朗克常数，正整数正整数 n 称称为为量子数。量子数。在能量子假设基础
5、上，在能量子假设基础上，普朗克得到了黑体辐射普朗克得到了黑体辐射公式：公式：c 光速光速k 玻玻尔尔兹兹曼恒量曼恒量e 自然自然对对数的底数的底 o(nm)1 2 3 4 5 6 7 8 9普朗克普朗克实验值实验值M.V.普朗克普朗克 探讨辐射的量子探讨辐射的量子理论，发觉基本理论，发觉基本量子，提出能量量子，提出能量量子化的假设量子化的假设1918诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖Is饱饱和和电电流流光光 强强 较较 强强IUaOU光光 强强 较较 弱弱遏遏止止电电压压光电效应伏安特性曲线光电效应伏安特性曲线光电效应试验装置光电效应试验装置OOOOOOVGAKBOO14-2 光电效应光电效应 光的
6、波粒二象性光的波粒二象性一、光电效应的试验规律一、光电效应的试验规律2.光电子初动能和入射光频率的关系光电子初动能和入射光频率的关系1.光电流与入射光光强的关系光电流与入射光光强的关系 试验指出：饱和光电流和入射光光强成正比。试验指出：饱和光电流和入射光光强成正比。当反向电压加至当反向电压加至 时光电流为零，称时光电流为零，称 为为遏止电压遏止电压。遏止电压的存在说明光电子具有初动能，且：遏止电压的存在说明光电子具有初动能，且：试验指出：遏止电压和入试验指出：遏止电压和入射光频率有线性关系射光频率有线性关系oUao3、存在截止、存在截止频频率（率（红红限）限）对于给定的金属，当照射光频率对于给
7、定的金属，当照射光频率对于给定的金属，当照射光频率对于给定的金属，当照射光频率 小于某一数值小于某一数值小于某一数值小于某一数值（称为红限）时，无论照射光多强都不会产生光电效（称为红限）时，无论照射光多强都不会产生光电效（称为红限）时，无论照射光多强都不会产生光电效（称为红限）时，无论照射光多强都不会产生光电效 应。应。应。应。4.光电效应瞬时响应性质光电效应瞬时响应性质实验发现，无论光强如何微弱，从光照射到光实验发现，无论光强如何微弱，从光照射到光电子出现只需要电子出现只需要 的时间。的时间。1.按经典理论光电子的初动能应确定于入射光的按经典理论光电子的初动能应确定于入射光的光强，而不确定于
8、光的频率。光强，而不确定于光的频率。经典电磁波理论的缺陷经典电磁波理论的缺陷3.无法说明光电效应的产生几乎无须时间的积累。无法说明光电效应的产生几乎无须时间的积累。2.无法说明红限的存在。无法说明红限的存在。二、二、光子光子 爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程爱爱因斯坦光子假因斯坦光子假说说：一束光是以光速：一束光是以光速 c 运运动动的粒子的粒子流，流，这这些粒子称些粒子称为为光量子，光量子，简简称光子。称光子。光子的能量为：光子的能量为：一一部分转化为光电子的动能，即：部分转化为光电子的动能，即：金属中的自由电子吸收一个光子能量金属中的自由电子
9、吸收一个光子能量以后，以后，一部分用于电子从金属表面逸出所需的逸一部分用于电子从金属表面逸出所需的逸出功出功W，3.从方程可以看出光从方程可以看出光电电子初子初动动能和照射光的能和照射光的频频率率 成成线线性关系。性关系。爱因斯坦对光电效应的说明：爱因斯坦对光电效应的说明：2.电电子只要吸取一个光子就可以从金属表面逸出，子只要吸取一个光子就可以从金属表面逸出，所以无所以无须时间须时间的累的累积积。1.光光强强大，光子数多，大，光子数多，释释放的光放的光电电子也多，所以子也多，所以 光光电电流也大。流也大。4.从光从光电电效效应应方程中，当方程中，当时动时动能能为为零零时时，可得到，可得到 红红
10、限限频频率：率：因为：因为：由于光子速度恒为由于光子速度恒为c，所以光子的，所以光子的“静止质量静止质量”为零为零.光子质量光子质量:光子的动量：光子的动量：光子能量光子能量:三、光的波粒二象性三、光的波粒二象性 光子的能量光子的能量 质量质量 ，动量，动量 是表示粒子特性的是表示粒子特性的物理量，物理量，而波长而波长 ，频率，频率 则是表示波动性的物理量，则是表示波动性的物理量，这就表示光子不仅具有波动性，同时也具有粒子性，这就表示光子不仅具有波动性，同时也具有粒子性，即具有波粒二象性。即具有波粒二象性。A.爱因斯坦爱因斯坦 对现物理方对现物理方面的贡献，面的贡献，特殊是阐明特殊是阐明光电效
11、应的光电效应的定律定律1921诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖例：在例：在铝铝中移出一个中移出一个电电子子须须要要4.2eV的能量，波的能量，波长为长为200nm的光射到其表面，求：的光射到其表面，求：1、光、光电电子的最大子的最大动动能能2、遏止、遏止电压电压3、铝铝的的红红限波限波长长解：解：例例 依据依据图图示确定以下各量示确定以下各量1、钠钠的的红红限限频频率率2、普朗克常数、普朗克常数3、钠钠的逸出功的逸出功解：由爱因斯坦方程解：由爱因斯坦方程其中其中遏制电压与入射光频关系遏制电压与入射光频关系钠的遏止电压与钠的遏止电压与入射光频率关系入射光频率关系从图中得出从图中得出从图中得出从图中得
12、出钠的遏止电压与钠的遏止电压与入射光频率关系入射光频率关系普朗克常数普朗克常数钠的逸出功钠的逸出功钠的遏止电压与钠的遏止电压与入射光频率关系入射光频率关系14-3 康普康普顿顿效效应应1922-1933年年间间康普康普顿顿(A.H.Compton)视视察察X射射线线通通过过物物质质散射散射时时，发觉发觉散射散射的波的波长发长发生生变变更的更的现现象。象。19271927诺贝尔诺贝尔物理学奖物理学奖康普顿试验装置示意图康普顿试验装置示意图X 射线管射线管X射线谱仪射线谱仪光阑光阑石墨体（散射物）石墨体（散射物）晶体晶体康普顿试验现象康普顿试验现象(2)当散射角当散射角 增加增加时时，波，波长长改
13、改变变 也随着也随着增加增加.(1)散射光中除了和入射光波散射光中除了和入射光波长长 相同的射相同的射线线之外，之外，还还出出现现一种波一种波长长 大于大于 的新的射的新的射线线。(3)在同一散射角下，全部散射物在同一散射角下，全部散射物质质的波的波长变长变更都更都相同。相同。石石墨墨的的康康普普顿顿效效应应.=0=45=90=135OOOO(a)(b)(c)(d)o相相对对强强度度（A）0.7000.750波波长长经典电磁理论在说明康普顿效应的困难经典电磁理论在说明康普顿效应的困难(1)依据依据经经典典电电磁波理磁波理论论，当，当电电磁波通磁波通过过散射物散射物质时质时，物物质质中中带电带电
14、粒子将作受迫振粒子将作受迫振动动，其，其频频率等于入射光率等于入射光频频率，所以它所放射的散射光率，所以它所放射的散射光频频率率应应等于入射光等于入射光频频率率.(2)无法无法说说明波明波长变长变更和散射角的关系。更和散射角的关系。光子理光子理论对论对康普康普顿顿效效应应的的说说明明光子理论认为康普顿效应是高能光子和低能自由电子光子理论认为康普顿效应是高能光子和低能自由电子作弹性碰撞的结果：作弹性碰撞的结果：(1)若光子和散射物外若光子和散射物外层电层电子（相当于自由子（相当于自由电电子）相碰子）相碰撞，光子有一部分能量撞，光子有一部分能量传给电传给电子子,散射光子的能量削减，散射光子的能量削
15、减，因此波因此波长变长长变长，频频率率变变低。低。(2)若光子和被原子核束若光子和被原子核束缚缚很很紧紧的内的内层电层电子相碰撞子相碰撞时时，就相当于和整个原子相碰撞，由于光子就相当于和整个原子相碰撞，由于光子质质量量远远小于原小于原子子质质量，碰撞量，碰撞过过程中光子程中光子传递给传递给原子的能量很少，原子的能量很少，碰撞前后光子能量几乎不碰撞前后光子能量几乎不变变，故在散射光中照旧保留，故在散射光中照旧保留有波有波长长 0的成分。的成分。康普顿效应的定量分析康普顿效应的定量分析YXYX（1）碰撞前）碰撞前（2）碰撞后）碰撞后（3）动动量守恒量守恒光子在自由电子上的散射光子在自由电子上的散射
16、X能量守恒能量守恒:动量守恒动量守恒:X康普顿散射公式康普顿散射公式电子的康普顿波长电子的康普顿波长我国物理学家吴有训在与康普顿共同探讨中还发觉：我国物理学家吴有训在与康普顿共同探讨中还发觉：原子量小的物质康普顿散射较强，原子原子量小的物质康普顿散射较强，原子量大的物质康普顿散射较弱；量大的物质康普顿散射较弱；14-4 氢氢原子的玻原子的玻尔尔理理论论H H H H 6562.34861.34340.54101.71885年巴尔末年巴尔末(Balmer)找到了一个阅历公式：找到了一个阅历公式：B=3645.7n=3、4、5.一、氢原子光谱的规律性一、氢原子光谱的规律性里德伯常数里德伯常数n n
17、=3,4,5,.=3,4,5,.波数（波长的倒数）表征谱线，表示单波数（波长的倒数）表征谱线，表示单位长度内所包含完整波长的数目。位长度内所包含完整波长的数目。nk=1,2,3,.广义巴尔末公式广义巴尔末公式(1)氢氢原子光原子光谱谱是分立的是分立的线线状光状光谱谱，各条，各条谱线谱线具有确定具有确定的波的波长长；(2)每一每一谱线谱线的波数可用两个光的波数可用两个光谱项谱项之差表示；之差表示；(3)前前项项保持定保持定值值，后，后项变项变更，就更，就给给出同一出同一谱线谱线系的各系的各条条谱线谱线的波的波长长。(4)变变更前更前项项,就就给给出不同的出不同的谱谱系。系。氢原子光谱规律：氢原子
18、光谱规律：nk=1,2,3,.1912年年卢卢瑟福提出了原子核式瑟福提出了原子核式结结构：原子中的构：原子中的全部正全部正电电荷和极大部分荷和极大部分质质量都集中在原子中心一个量都集中在原子中心一个很小的体很小的体积积内，称内，称为为原子核，原子中的原子核，原子中的电电子在核的子在核的四周四周绕绕核运核运动动。二、经典原子模型的困难经典原子模型的困难1.卢卢瑟福瑟福原子模型原子模型2.经经典理典理论论的困的困难难1)原子是原子是”短命短命“的的电子绕核运动是加速运动必向外辐射能量，电子电子绕核运动是加速运动必向外辐射能量，电子轨道半径越来越小，直到掉到原子核与正电荷中轨道半径越来越小，直到掉到
19、原子核与正电荷中和，这个过程时间和，这个过程时间10-10秒，因此不行能有稳定秒，因此不行能有稳定的原子存在。的原子存在。2)原子光原子光谱谱是是连续连续光光谱谱因电磁波频率因电磁波频率 r-3/2，半径的连续变更，必导，半径的连续变更，必导致产生连续光谱。致产生连续光谱。三、玻尔的氢原子理论玻尔的氢原子理论玻尔理论的基本假设玻尔理论的基本假设(1)定定态态假假设设原子系原子系统统只存在一系列不只存在一系列不连续连续的能的能量状量状态态，其，其电电子只能在一些特殊的子只能在一些特殊的圆轨圆轨道中运道中运动动，在在这这些些轨轨道中运道中运动时动时不不辐辐射射电电磁波。磁波。这这些状些状态态称称为
20、为定定态态，相，相应应的能量取不的能量取不连续连续的量的量值值 E1、E2、E3.。(2)跃迁假设跃迁假设 当原子从一个当原子从一个较较大的能量大的能量En的的稳稳定定状状态跃态跃迁到另一迁到另一较较低能量低能量Ek的的稳稳定状定状态时态时，辐辐射射一个光子，光子一个光子，光子频频率率为为 反之，当原子在较低能量反之，当原子在较低能量Ek的稳定状态时，吸取了的稳定状态时，吸取了一个频率为一个频率为 nk的光子能量就可跃迁到较大能量的光子能量就可跃迁到较大能量En的的稳定状态。稳定状态。电子轨道是量子化的电子轨道是量子化的(3)轨轨道角道角动动量量子化假量量子化假设设电电子作子作圆轨圆轨道运道运
21、动时动时，角，角动动量只能取量只能取h/2 的整数。的整数。其中其中n为为正整数。正整数。玻尔半径玻尔半径定态能量是量子化的定态能量是量子化的n=1、2、3、4激发态能级激发态能级基态能级基态能级-13.6-3.39-1.51-0.8504 48 81 1n=2 2n=3 3n=氢原子能级图氢原子能级图基态基态激激发发态态电离态电离态 氢原子从基态变氢原子从基态变成电离态所需的氢成电离态所需的氢原子的原子的电离能电离能为：为：与里德伯公式比照：与里德伯公式比照：计算值：计算值：实验值：实验值：玻尔理论的成功与局限玻尔理论的成功与局限成功成功：解释：解释 了了H光谱，尔后有人推广到类光谱，尔后有
22、人推广到类H原子原子（）也获得成功（只要将电量换成）也获得成功（只要将电量换成Ze（Z为原序数）。他的定态跃为原序数）。他的定态跃 迁的思想至今仍是正迁的思想至今仍是正确的。并且它是导致新理论的跳板。确的。并且它是导致新理论的跳板。1922年获诺贝年获诺贝尔奖。尔奖。局限：只能说明局限：只能说明H及类及类H原子，也说明不了原子原子，也说明不了原子 的精细结构。的精细结构。缘由：它是半经典半量子理论的产物。还应用了缘由：它是半经典半量子理论的产物。还应用了 经典物理的轨道和坐标的概念经典物理的轨道和坐标的概念.n n氢原子光谱中的不同谱线氢原子光谱中的不同谱线 6562.796562.79486
23、1.334861.334340.474340.474101.744101.741215.681215.681025.831025.83972.54972.5418.7518.7540.5040.50赖曼系赖曼系巴尔末系巴尔末系帕邢系帕邢系布喇开系布喇开系-13.6-3.39-1.51-0.850EeVeV1 12 23 34 48 8连续区连续区 n=n=n=例例14-5 试计试计算算氢氢原子中巴耳末系的最短波原子中巴耳末系的最短波长长和最和最长长波波长长各是多少？各是多少？解：解：依据巴耳末系的波长公式，其最长波长应依据巴耳末系的波长公式，其最长波长应是是n=3 n=2跃迁的光子，即跃迁的光
24、子，即最短波长应是最短波长应是n=n=2跃迁的光子，即跃迁的光子，即例例(1)将一个将一个氢氢原子从基原子从基态态激激发发到到n=4的激的激发态须发态须要多要多少能量？少能量？(2)处处于于n=4的激的激发态发态的的氢氢原子可原子可发发出多少条出多少条谱线谱线？其中多少条可？其中多少条可见见光光谱线谱线，其光波波，其光波波长长各多少？各多少？解：解：(1)使一个氢原子从基态激发到使一个氢原子从基态激发到n=4 激发态激发态需供应能量为需供应能量为(2)在某一瞬时，一个氢原子只能放射与某一谱线相在某一瞬时，一个氢原子只能放射与某一谱线相应的确定频率的一个光子，在一段时间内可以发出应的确定频率的一
25、个光子，在一段时间内可以发出的谱线跃迁如图所示，共有的谱线跃迁如图所示，共有6条谱线。条谱线。由图可知，可见光的谱线为由图可知，可见光的谱线为n=4和和n=3跃迁到跃迁到n=2的两条，辐射的两条，辐射出光子相应的波数和波长为：出光子相应的波数和波长为：14-5 光的自光的自发辐发辐射射 受激受激辐辐射射、光放大光放大一一、原子的原子的自发幅射自发幅射光与原子体系相互作用，同时存在吸取、光与原子体系相互作用，同时存在吸取、自发辐射和受激辐射三种过程。自发辐射和受激辐射三种过程。在没有任何外界作用下，激发态原子在没有任何外界作用下，激发态原子自发地自发地从从高能级高能级E2向低能级向低能级E1跃迁
26、，同时辐射出一光子。跃迁，同时辐射出一光子。满足条件：满足条件：h=E2-E1随机过程，用概率描述随机过程，用概率描述n2 t时刻处于能级时刻处于能级E2上的原子数密度上的原子数密度单位时间内从高能级单位时间内从高能级E2自发自发跃迁到低跃迁到低 能级能级E1的原子数密度的原子数密度A21自发辐射概率（自发跃迁率）自发辐射概率（自发跃迁率）：表示一个：表示一个 原子在单位时间内从原子在单位时间内从E2自发辐射到自发辐射到E1的概率的概率 自发辐射过程中各个原子辐射出的光子的相位、自发辐射过程中各个原子辐射出的光子的相位、偏振状态、传播方向等彼此独立，因而偏振状态、传播方向等彼此独立，因而自发辐
27、射的光自发辐射的光是非相干光是非相干光。受激吸取受激吸取 处在低能级处在低能级E1的原子受到能量等于的原子受到能量等于h=E2-E1的光子的照射时，吸取这一光子跃迁到高能级的光子的照射时，吸取这一光子跃迁到高能级E2的过程。的过程。二、受激辐射和受激吸取二、受激辐射和受激吸取受激辐射受激辐射 处处在高能在高能级级E2的原子，受到能量的原子，受到能量为为h=E2-E1的的外来光子外来光子的的激励激励，由高能，由高能级级E2受激受激跃跃迁迁到低能到低能级级E1，同同时辐时辐射出一个射出一个与激励光子全同与激励光子全同(即即频频率、相位、偏率、相位、偏振状振状态态、传传播方向等均同播方向等均同)的光
28、子。的光子。E2E1h E2E1h h 受激受激辐辐射射激励光强激励光强比例系数比例系数受激辐射系数（由原子本身性质确定）受激辐射系数（由原子本身性质确定）受激受激辐射辐射跃迁概率跃迁概率单位时间内从单位时间内从高能级高能级E2受激受激跃迁到跃迁到低能低能级级E1的原子数密度的原子数密度W21表示一个原子在单位时间内从表示一个原子在单位时间内从E2受激辐射受激辐射 跃迁到跃迁到E1的概率的概率受激受激辐辐射的光放大射的光放大受激吸取的概率与受激辐射的概率是相等的。受激吸取的概率与受激辐射的概率是相等的。若处在高能级的原子数大于低能级的原子数，可若处在高能级的原子数大于低能级的原子数，可以实现受
29、激辐射光放大。以实现受激辐射光放大。14-6 激光器的原理激光器的原理 自从美国人梅曼制造出第一台激光器以后，到今自从美国人梅曼制造出第一台激光器以后，到今日人们对激光并不生疏，如激光开刀，可自动止血；日人们对激光并不生疏，如激光开刀，可自动止血；全息激光照片可以假乱真；还有激光照排、激光美容全息激光照片可以假乱真；还有激光照排、激光美容等等.。激光首先是应用在军事上。现代斗争离不开。激光首先是应用在军事上。现代斗争离不开激光。激光。Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation激光激光Laser受激辐射光放大受激辐射光放大一、粒
30、子数反转分布一、粒子数反转分布依据玻尔兹曼依据玻尔兹曼能量分布律能量分布律 热动平衡下，热动平衡下，N2N1，即即处于高能级的原子数处于高能级的原子数大大少于低能级的原子数大大少于低能级的原子数粒子数的正常分布粒子数的正常分布受激辐射占支配地位受激辐射占支配地位粒子数反转粒子数反转高能级上的粒高能级上的粒子数超过低能子数超过低能级上的粒子数级上的粒子数粒子数正常分布粒子数正常分布 为了有效地产生激光，要变更这种分布，形成为了有效地产生激光，要变更这种分布，形成粒子数反转的状态。粒子数反转的状态。E1E2E3E4能能量量N1N2粒子数反转状态粒子数反转状态E1E2N1N2实现粒子数反转的条件：实
31、现粒子数反转的条件：要有实现粒子数反转分布的物质，这种物质具有要有实现粒子数反转分布的物质，这种物质具有 适当的能级结构；适当的能级结构；必需从外界输入能量，使工作物质中尽可能多的必需从外界输入能量，使工作物质中尽可能多的 粒子处于激发态。（激励或泵浦）粒子处于激发态。（激励或泵浦）激励方法：激励方法：光激励、电激励、化学激励光激励、电激励、化学激励工作物质的能级结构：工作物质的能级结构：具有亚稳态具有亚稳态(寿命较长寿命较长)只有具有亚稳态的工作物质才能实现粒子数反转只有具有亚稳态的工作物质才能实现粒子数反转工作跃迁工作跃迁电子碰撞电子碰撞碰撞转移碰撞转移He、Ne原子部分能级图原子部分能级
32、图二、光学谐振腔二、光学谐振腔输出输出全反射镜全反射镜（100%反射镜）反射镜）部分透光反射镜部分透光反射镜（98%反射）反射）使受激辐射在有限体积的激活介质中能持续进使受激辐射在有限体积的激活介质中能持续进行，光可被反复放大形成稳定振荡的装置。行，光可被反复放大形成稳定振荡的装置。工作物质工作物质：具有亚稳态能级结构：具有亚稳态能级结构光学谐振腔光学谐振腔：维持光振荡：维持光振荡激励（又叫泵浦）系统：供应能量，输出激光激励（又叫泵浦）系统：供应能量，输出激光三、激光器三、激光器按工作物质分类：按工作物质分类：固体激光器固体激光器液体激光器液体激光器气体激光器气体激光器半导体激光器半导体激光器
33、自由电子激光器自由电子激光器按激励方式分类：按激励方式分类：光泵式激光器光泵式激光器电激励式激光器电激励式激光器化学激光器化学激光器热泵式激光器热泵式激光器核泵式激光器核泵式激光器按运按运转转方式分方式分类类：连续连续激光器激光器脉冲激光器脉冲激光器调调Q激光器激光器稳频稳频激光器激光器可可调谐调谐激光器激光器按按输输出波出波长长分分类类：远红远红外直到外直到X射射线线激光器激光器一、激光的特性一、激光的特性14-7 激光的特性与激光的特性与应应用用方向性好方向性好-激光的发散角小激光的发散角小=25mrad（毫弧度）（毫弧度）(1km时间斑直径时间斑直径10m)激光器激光器LaserHe-N
34、e激光经纬仪激光经纬仪测月红宝石激光器测月红宝石激光器=0.031mrad=4 10-5mradD=1.6km亮度高、强度大亮度高、强度大发的光不相干发的光不相干发的光相干发的光相干各原子发的光各原子发的光是非相干叠加是非相干叠加各原子发的光各原子发的光是相干叠加是相干叠加因此光强大因此光强大因此光强小因此光强小普通光源普通光源激光光源激光光源氧炔焰强度氧炔焰强度大功率激光器大功率激光器激光所包含的波长或频率范围微小激光所包含的波长或频率范围微小一般光源单色性最好的氪灯，其中心波长一般光源单色性最好的氪灯，其中心波长605.7 nm波长范围：波长范围：He-Ne Laser中心波长中心波长63
35、2.8 nm波长范围：波长范围：高度单色性高度单色性高度相干性高度相干性相干性越好则光场中任取两点作光源所产生的干涉和相干性越好则光场中任取两点作光源所产生的干涉和衍射的条纹越清晰。衍射的条纹越清晰。相干时间相干时间相干长度相干长度激光光波谱线宽度很窄，激光光波谱线宽度很窄，因此有很好的相干性。因此有很好的相干性。相干时间或相干长度越长，相干时间或相干长度越长，光的时间相干性越好。光的时间相干性越好。二、激光的应用二、激光的应用4 4、激光在受控核聚变中的应用、激光在受控核聚变中的应用、激光在受控核聚变中的应用、激光在受控核聚变中的应用3 3、光信息处理和激光通信、光信息处理和激光通信、光信息
36、处理和激光通信、光信息处理和激光通信2 2、激光加工与激光医疗、激光加工与激光医疗、激光加工与激光医疗、激光加工与激光医疗1 1、激光测距、激光测距、激光测距、激光测距干涉测长、激光调制测距、激光雷达测距干涉测长、激光调制测距、激光雷达测距干涉测长、激光调制测距、激光雷达测距干涉测长、激光调制测距、激光雷达测距打孔、切割、焊接打孔、切割、焊接打孔、切割、焊接打孔、切割、焊接 、外科手术刀、武器、外科手术刀、武器、外科手术刀、武器、外科手术刀、武器光盘的高速高密记录、激光打印机光盘的高速高密记录、激光打印机光盘的高速高密记录、激光打印机光盘的高速高密记录、激光打印机5 5、激光的非线性效应、激光
37、的非线性效应、激光的非线性效应、激光的非线性效应激光光纤通讯激光光纤通讯由于光波的频率由于光波的频率比电波的频率高比电波的频率高好几个数量级，好几个数量级，一根极细的光纤能一根极细的光纤能承载的信息量，相承载的信息量，相当于图片中这么粗当于图片中这么粗的电缆所能承载的的电缆所能承载的信息量。信息量。激光手术刀激光手术刀 （不需开胸，不住院）（不需开胸，不住院）照明束照明束：照亮视场：照亮视场 纤维镜激光光纤：纤维镜激光光纤：成象成象 有源纤维强激光：有源纤维强激光：使堵塞物熔化使堵塞物熔化臂动脉臂动脉主动脉主动脉冠状动脉冠状动脉内窥镜内窥镜附属通道附属通道有源纤维有源纤维套环套环纤维镜纤维镜照
38、明束照明束 附属通道：附属通道：（可注入气或液）（可注入气或液）解除残物以明视线解除残物以明视线套环：套环：（可充、放气）（可充、放气）阻挡血流或使血流流通阻挡血流或使血流流通 激光激光 原子力显微镜原子力显微镜(AFM)用一根钨探针或硅用一根钨探针或硅探针在距试样表面探针在距试样表面几毫微米的高度上几毫微米的高度上反复移动反复移动,来探测固来探测固体表面的状况。体表面的状况。试样通常是试样通常是微电子器件。微电子器件。激光激光-原子力显微镜原子力显微镜（AFM）激光器激光器分束器分束器布喇格室布喇格室棱镜棱镜检测器检测器反馈机构反馈机构接计算机接计算机微芯片微芯片压电换能器压电换能器压电控制装置压电控制装置