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1、第16章早期量子论5学时1第1页，共52页，编辑于2022年，星期日 本章内容提要：本章内容提要：光电效应及爱因斯坦的光子理论光电效应及爱因斯坦的光子理论 玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论 康普顿效应康普顿效应 激光和激光器原理激光和激光器原理2第2页，共52页，编辑于2022年，星期日*16.1 量子论的提出量子论的提出一一.黑体辐射黑体辐射“紫外灾难紫外灾难”二二.普朗克能量子假说普朗克能量子假说(1918年诺贝尔物理奖年诺贝尔物理奖)辐射或吸收是以能量为辐射或吸收是以能量为h 的颗粒形式进行的。的颗粒形式进行的。能量为能量为h 的颗粒的颗粒能能量子量子实验实验T=1646k维恩维恩瑞利瑞利-
2、琼斯琼斯普朗克理论值普朗克理论值3第3页，共52页，编辑于2022年，星期日1.当入射光频率一定时当入射光频率一定时,饱和电流饱和电流Is和光强成正比。和光强成正比。-IAV电源电源KA一一.光电效应的实验定律光电效应的实验定律16.2 爱因斯坦的光子理论爱因斯坦的光子理论-UaUIo光强较大光强较大光强较小光强较小Is(入射光频率一定入射光频率一定)4第4页，共52页，编辑于2022年，星期日 Ua截止电压截止电压(又称又称遏止电压遏止电压)。-IAV电源电源KA-UaUIo光强较大光强较大光强较小光强较小Is(入射光频率一定入射光频率一定)5第5页，共52页，编辑于2022年，星期日4.0
3、6.08.010.0(1014Hz)0.01.02.0Ua(V)CsNaCa 实验实验:Ua=K -Uo(与入射光强无关与入射光强无关)-IAV电源电源KAe(K -Uo)2.光光电电子子的的初初动动能能随随入入射射光光的的频频率率线线性性增增加加，与与入射光的强度无关。入射光的强度无关。6第6页，共52页，编辑于2022年，星期日3.存在红限存在红限-IAV电源电源KA 对对一一给给定定的的金金属属,当当入入射射光光的的频频率率小小于于某某一一频频率率 o(红红限限频率频率)时时,就没有光电子逸出就没有光电子逸出(即没有光电流即没有光电流)。不不同同物物质质具具有有不不同同的的红红限限频率。
4、频率。4.立立即即发发射射，驰驰豫豫时时间间不超过不超过10-9s。波动说的困难波动说的困难 受迫振动受迫振动07第7页，共52页，编辑于2022年，星期日二二.爱因斯坦光子说爱因斯坦光子说(1921年诺贝尔物理奖年诺贝尔物理奖)逸出功：逸出功：光光不不仅仅在在吸吸收收和和辐辐射射时时是是以以能能量量为为h 的的颗颗粒粒(光光子子)形形式进行的式进行的,而且以这种颗粒的形式以光速而且以这种颗粒的形式以光速c在空间传播。在空间传播。即即:一束光是一束以光速一束光是一束以光速c运动的粒子运动的粒子(光子光子)流。流。光电效应方程光电效应方程:（普朗克常量（普朗克常量h=6.63 10-34J.s）
5、8第8页，共52页，编辑于2022年，星期日小结小结：光子的特性：光子的特性(1)光子的能量光子的能量 E=h =hc/(2)光子的质量光子的质量 动质量：动质量：静质量：静质量：(光子的速度光子的速度 =c)(3)光子的动量光子的动量c=mo=09第9页，共52页，编辑于2022年，星期日 解解 (1)c=h=6.6310-34 =6.5105(m/s)例题例题16-1 真空中一孤立金属球的红限波长真空中一孤立金属球的红限波长 o=6500，入射光，入射光波长波长 =4000，试求，试求:(1)发射出的光电子的初速度；发射出的光电子的初速度；(2)若若金金属属球球半半径径R=30cm，该该球
6、球能能放放出出多多少少个个光光电电子？子？10第10页，共52页，编辑于2022年，星期日 金属球发出光电子后，电势就会升高，升高到遏止金属球发出光电子后，电势就会升高，升高到遏止电压电压Ua时就不再发射光电子了。时就不再发射光电子了。Ua=1.19(V)=2.48 108个个 (2)若金属球半径若金属球半径R=30cm，该球最多能放出多，该球最多能放出多少个光电子？少个光电子？11第11页，共52页，编辑于2022年，星期日例题例题16-2 波长为波长为 的光投射到一金属表面，发射的光投射到一金属表面，发射出的光电子在匀强磁场出的光电子在匀强磁场B中作半径中作半径R的圆运动，求的圆运动，求:
7、(1)入射光子的入射光子的能量、质量和动量；能量、质量和动量；(2)此金属的逸出功及遏止电势差。此金属的逸出功及遏止电势差。解解 (1)E=h p=mc=h/c,=hc/,=h/(2)由由得得12第12页，共52页，编辑于2022年，星期日例题例题16-3 一定频率的单色光照射到某金属表面一定频率的单色光照射到某金属表面,测测出光电流曲线如实线所示；然后光强度不变、增大照出光电流曲线如实线所示；然后光强度不变、增大照射光的频率，测出光电流曲线如虚线所示。满足题意射光的频率，测出光电流曲线如虚线所示。满足题意的图是的图是(D)UIo(B)UIo(C)UIo(D)UIo(A)13第13页，共52页
8、，编辑于2022年，星期日例题例题16-4 光的能流密度光的能流密度S=30(W/m2)，(1)求单位时间求单位时间内投射到物体表面单位面积上的总动量内投射到物体表面单位面积上的总动量;(2)若物体表面的反射率为若物体表面的反射率为1,求物体表面受的光压。求物体表面受的光压。解解 单位时间内投射到物体表面单位面积上的光子数为单位时间内投射到物体表面单位面积上的光子数为 于是单位时间内投射该物体表面单位面积上的总动于是单位时间内投射该物体表面单位面积上的总动量为量为=1.010-7(kg.m.s-1)=2.010-7(pa)由动量定理由动量定理:F t=p=2 p,于是于是光压为光压为14第14
9、页，共52页，编辑于2022年，星期日例题例题16-5 图为光电效应实验曲线。图为光电效应实验曲线。(1)求证对不同材求证对不同材料的金属，料的金属，AB段的斜率相同；段的斜率相同；(2)由图上数据求出普由图上数据求出普朗克恒量朗克恒量h。解解 (1)AB10.05.0 (1014Hz)2.0Ua(V)0 可见，可见，AB段的斜率与材料种类无段的斜率与材料种类无关。关。=6.410-34J.s求导求导15第15页，共52页，编辑于2022年，星期日16.3 玻尔氢原子理玻尔氢原子理 不不同同原原子子的的辐辐射射光光谱谱完完全全不不同同，因因此此研研究究原原子子光光谱谱的的规规律是探索原子内部结
10、构的重要方法。律是探索原子内部结构的重要方法。一一.氢原子光谱的实验规律氢原子光谱的实验规律 1.氢氢原原子子光光谱谱是是由由一一些些分分立立的的细细亮亮线线组组成成，即即是是分分立立的线光谱的线光谱。65634863 4340 410116第16页，共52页，编辑于2022年，星期日2.谱线的波数谱线的波数(波长波长)由下式确定：由下式确定：k=1,n=2,3,赖曼系赖曼系(紫外区紫外区);k=2,n=3,4,巴耳末系巴耳末系(可见光区可见光区);k=3,n=4,5,帕邢系帕邢系(红外区红外区);(R=1.097107m-1里德伯恒量里德伯恒量)3.里兹并合原理里兹并合原理 任何原子谱线的波
11、数均由下式确定：任何原子谱线的波数均由下式确定：T(k)、T(n),称为光谱项。称为光谱项。17第17页，共52页，编辑于2022年，星期日 1911年，卢瑟福通过年，卢瑟福通过 粒子散射实粒子散射实验证明验证明:原子是由带正电的原子是由带正电的核核和在核外作和在核外作轨道运动的轨道运动的电子电子组成。组成。卢瑟福原子模型的困难卢瑟福原子模型的困难:不能解释原子的稳定性问题不能解释原子的稳定性问题;不不能能解解释释原原子子为为什什么么会会发发出出分分立立线状光谱。线状光谱。二二.卢瑟福原子核型结构及困难卢瑟福原子核型结构及困难18第18页，共52页，编辑于2022年，星期日三三.玻尔氢原子假设
12、玻尔氢原子假设 (1)定态假设定态假设 原原子子系系统统只只能能处处于于一一系系列列不不连连续续的的能能量量状状态态(能能级级E1,E2,)；电电子子虽虽然然在在相相应应的的轨轨道道上上绕绕核核作作圆圆周周运运动动，但但不辐射能量。原子系统处于不辐射能量。原子系统处于定态定态。(2)轨道角动量量子化假设轨道角动量量子化假设 电子绕核作圆周运动，其轨道角动量电子绕核作圆周运动，其轨道角动量:量子数量子数n=1,2,(3)量子跃迁假设量子跃迁假设 原子从原子从n跃迁到跃迁到k发出发出(或吸收或吸收)光的频率光的频率:19第19页，共52页，编辑于2022年，星期日四四.玻尔的氢原子理论玻尔的氢原子
13、理论得轨道半径：得轨道半径：n=1,2,玻尔半径玻尔半径:=5.2910-11m三条基本假设经典理论三条基本假设经典理论(牛顿定律牛顿定律)r20第20页，共52页，编辑于2022年，星期日氢原子系统的动能：氢原子系统的动能：氢原子系统的势能：氢原子系统的势能：氢原子系统的能量：氢原子系统的能量：n=1,2,即即21第21页，共52页，编辑于2022年，星期日氢原子氢原子系统的系统的能量能量为为n=1,2,.(1)能量是能量是量子化量子化的的负值负值。n=1,基态，基态，E1=-13.6eV,r1=ao;n=2,第第1激发态，激发态，E2=-3.4eV,r2=4ao;n=3,第第2激发态，激发
14、态，E3=-1.51eV,r2=9ao;n=4,第第3激发态，激发态，E4=-0.85eV,r2=16ao;能量为负值能量为负值表示原子中的电子处于表示原子中的电子处于束缚束缚态。态。22第22页，共52页，编辑于2022年，星期日(2)电离能电离能(使基态氢原子中的电子远离核所需作使基态氢原子中的电子远离核所需作的功的功)为为 E电离电离=13.6eV,与实验很好符合。与实验很好符合。(3)当原子从能态当原子从能态En跃迁到跃迁到Ek时，发射光子的频率为时，发射光子的频率为=1.097107m-1(里德伯恒量里德伯恒量)23第23页，共52页，编辑于2022年，星期日-13.6eV-3.4e
15、V-1.51eV-0.85eVn=1,2,.n=1(基态基态)n=2(第第1激发态激发态)n=3(第第2激发态激发态)n=4(第第3激发态激发态)赖曼系赖曼系巴耳末系巴耳末系帕邢系帕邢系24第24页，共52页，编辑于2022年，星期日五五.玻尔理论的成就与缺陷玻尔理论的成就与缺陷 成功成功:玻尔理论成功地解释了玻尔理论成功地解释了氢氢原子和类氢离子的光原子和类氢离子的光谱规律。定态、能级、电子跃迁等概念是普遍成立的。谱规律。定态、能级、电子跃迁等概念是普遍成立的。不足不足：无法解释氢原子光谱的精细结构：无法解释氢原子光谱的精细结构(如强度、如强度、能带、选择定则能带、选择定则)。更无法解释其它
16、原子的光谱规律。更无法解释其它原子的光谱规律。玻玻尔理论实际上是经典理论与量子理论的大杂烩。尔理论实际上是经典理论与量子理论的大杂烩。但玻尔理论给人们指明了一个方向，只有用完整的量但玻尔理论给人们指明了一个方向，只有用完整的量子理论才能正确地描述原子世界的规律。子理论才能正确地描述原子世界的规律。鉴于玻尔对原子结构和原子辐射的贡献鉴于玻尔对原子结构和原子辐射的贡献,获获1922年年诺贝尔物理奖。诺贝尔物理奖。25第25页，共52页，编辑于2022年，星期日例题例题16-6 可见光能否使基态氢原子受到激发？要使基态可见光能否使基态氢原子受到激发？要使基态氢原子发出可见光氢原子发出可见光,至少应供
17、给多少能量？至少应供给多少能量？解解 激发激发使处于基态的氢原子跃迁到激发态。使处于基态的氢原子跃迁到激发态。可见光光子的能量可见光光子的能量(取取 =4000)：=3.1eV (13.6-3.4)eV=10.2 eV 3.1eV可见光不能使基态氢原子受到激可见光不能使基态氢原子受到激发。发。要使基态氢原子发出可见光要使基态氢原子发出可见光,至少应供给的能量为至少应供给的能量为 -13.6-3.4-1.51-0.851234巴耳末系巴耳末系 最低激发能量为最低激发能量为13.6-1.51=12.09 eV26第26页，共52页，编辑于2022年，星期日 解解-13.6-3.4-1.51-0.8
18、51234 赖曼系赖曼系:3条；条；巴耳末系：巴耳末系：2条；条；帕邢系：帕邢系：1条。条。例题例题16-7 大量氢原子处于第大量氢原子处于第3激发态，跃迁过程中激发态，跃迁过程中能发出几条谱线？各属于哪个线系？能发出几条谱线？各属于哪个线系？n=427第27页，共52页，编辑于2022年，星期日例题例题16-8 用动能为用动能为12.2eV的电子轰击基态氢原子，求的电子轰击基态氢原子，求可能发出光子能量和光波波长。可能发出光子能量和光波波长。解解 设电子能把它的动能尽量多的交给基态氢原子，设电子能把它的动能尽量多的交给基态氢原子，那么，基态氢原子能跃迁到的最高能级是那么，基态氢原子能跃迁到的
19、最高能级是 。-13.6-3.4-1.51-0.85E1E2E3E4E3计算波长有两种方法：计算波长有两种方法：28第28页，共52页，编辑于2022年，星期日-13.6-3.4-1.51-0.85E1E2E3E4E2E1：R=1.097107m-1E3E1：E3E2：发射光子发射光子E=10.2 eVk=1,n=3,=1026k=2,n=3,=6563k=1,n=2,=1215发射光子发射光子E=12.09 eV发射光子发射光子E=1.89 eV29第29页，共52页，编辑于2022年，星期日16.4 康普顿散射康普顿散射 一一.散射散射 向一定方向传播的光线通过不均匀物质后，向各个向一定方
20、向传播的光线通过不均匀物质后，向各个方向传播的现象，称为方向传播的现象，称为散射散射。按照波动的按照波动的“受迫振动受迫振动”理论，向各个方向散射的理论，向各个方向散射的光的频率和波长都与入射光相同；而散射光的强度与波光的频率和波长都与入射光相同；而散射光的强度与波长成反比。长成反比。这个结论对一般波长是正确的。这个结论对一般波长是正确的。(1927年诺贝尔物理奖年诺贝尔物理奖)30第30页，共52页，编辑于2022年，星期日 波长极短的波长极短的X射线被轻元素射线被轻元素(如石墨如石墨)散射后散射后:二二.康普顿散射康普顿散射 (1)散射光的波长散射光的波长 却随散射角却随散射角 的增大而增
21、大。的增大而增大。这种这种改变波长的散射改变波长的散射，就称为，就称为康普顿散射康普顿散射。(2)=-o与散射物质无关。与散射物质无关。(3)o的谱线强度随的谱线强度随散射物质原子序数散射物质原子序数 的增大而增大，的增大而增大，而而 的的则相对减小则相对减小。1923年年,康普顿效应实验示意图康普顿效应实验示意图 o31第31页，共52页，编辑于2022年，星期日三三.用光子概念分析康普顿散射用光子概念分析康普顿散射能量守恒：能量守恒：h o+moc2=h +mc2动量动量守恒：守恒：xyx:y:c=理论：高能光子与静止的自由电子作弹性碰撞。理论：高能光子与静止的自由电子作弹性碰撞。m 32
22、第32页，共52页，编辑于2022年，星期日 可见，波长的改变可见，波长的改变-o(散射波长散射波长)随散射角随散射角 的的增大而增大而增大增大,与散射物质无关。这与实验完全符合。与散射物质无关。这与实验完全符合。康普顿波长：康普顿波长：xym 散射波长的最小值和最大值分散射波长的最小值和最大值分别是：别是：当当 =0，min=o;当当 =180,max=o+2 c33第33页，共52页，编辑于2022年，星期日四四.康普顿散射的意义康普顿散射的意义 2.微观粒子也遵守微观粒子也遵守能量守恒能量守恒和和动量守恒动量守恒定律。定律。1.光子假设的正确性光子假设的正确性,狭义相对论力学的正确性。狭
23、义相对论力学的正确性。光电效应是处于光电效应是处于束缚态束缚态的电子整体的电子整体吸收吸收光子。以光光子。以光子和电子为系统子和电子为系统,不遵守能量守恒和动量守恒定律。不遵守能量守恒和动量守恒定律。康普顿散射中，处于康普顿散射中，处于自由状态自由状态的电子只能的电子只能散射散射光子。光子。即它虽然把光子整体吸收，但它又必须放出一个能即它虽然把光子整体吸收，但它又必须放出一个能量较小的散射光子。这个过程是遵守能量守恒和动量较小的散射光子。这个过程是遵守能量守恒和动量守恒定律的。量守恒定律的。问题：问题：光电效应和康普顿散射都是光子和电子的作用过光电效应和康普顿散射都是光子和电子的作用过程。程。
24、它们有什么不同？它们有什么不同？34第34页，共52页，编辑于2022年，星期日例题例题16-9 用波长用波长 o=0.014的的X射线作康普顿散射实射线作康普顿散射实验验,反冲电子的最大动能是多小？反冲电子的最大动能是多小？解解 根据能量守恒根据能量守恒,反冲电子的动能为反冲电子的动能为 事实上事实上 的最大值只为的最大值只为 max=o+2 c，由此得，由此得反冲电子反冲电子的最大动能为的最大动能为 上式有极上式有极值的条件是一阶导数为零，由此得值的条件是一阶导数为零，由此得，最最大动能是大动能是=1.110-13 J35第35页，共52页，编辑于2022年，星期日例题例题16-10 康普
25、顿散射中，入射波长康普顿散射中，入射波长 o=0.1。在与。在与入射方向成入射方向成90 角的方向上，散射波长为多大角的方向上，散射波长为多大?反反冲电子的动能和动量如何冲电子的动能和动量如何?解解 将将 =90代入代入:散射波长为散射波长为 =o+=0.1+0.024=0.124反冲电子的动能：反冲电子的动能：=3.810-15 J36第36页，共52页，编辑于2022年，星期日x:y:将将 =90代入得代入得=8.510-23(SI)由动量由动量守恒：守恒：xym 37第37页，共52页，编辑于2022年，星期日例题例题16-11 X射线射线(o=0.03)投射到石墨上投射到石墨上,测得测
26、得反冲电子速度反冲电子速度 =0.6c,求求:(1)电子因散射而获得的能电子因散射而获得的能量是静能的几倍量是静能的几倍?(2)散射光子的波长散射光子的波长=?散射角散射角 =?解解 (1)电子因散射而获得的能量电子因散射而获得的能量:=0.25moc2(2)又又 =0.0434由由得：得：=63.438第38页，共52页，编辑于2022年，星期日例题例题16-12 康普顿散射中，入射光子能量为康普顿散射中，入射光子能量为0.5Mev。若反冲电子能量为。若反冲电子能量为0.1Mev，求，求散射光子散射光子波长的改变量波长的改变量 与与入射光子波长入射光子波长 o之比。之比。解解 39第39页，
27、共52页，编辑于2022年，星期日16.5 激光原理激光原理一一.光的吸收和辐射光的吸收和辐射E2E1光的吸收光的吸收-E2E1光的辐射光的辐射hv=E2-E1E2-E1=hv40第40页，共52页，编辑于2022年，星期日二二.自发辐射和受激辐射自发辐射和受激辐射 没有外界作用、没有外界作用、原子自发的从激发态返回基态原子自发的从激发态返回基态自发辐自发辐射射。-E2E1自发辐射自发辐射E2-E1=hv 特点特点:自发辐射出的自发辐射出的光子特性光子特性(频率、相位、偏振状态、频率、相位、偏振状态、传播方向传播方向)均不同均不同，所以自发辐射的光是不相干的。普通光源，所以自发辐射的光是不相干
28、的。普通光源发光就属于自发辐射。发光就属于自发辐射。41第41页，共52页，编辑于2022年，星期日 原子在外来光子原子在外来光子(hv=E2-E1)的剌激下，从的剌激下，从E2跃迁到跃迁到E1受激辐射受激辐射。特特点点:受受激激辐辐射射辐辐射射发发出出的的光光子子特特性性(频频率率、相相位位、偏振状态以及传播方向偏振状态以及传播方向)完全完全相同相同。hv=E2-E1-E2E1受激辐射受激辐射E2-E1=hv42第42页，共52页，编辑于2022年，星期日 一个光子的输入一个光子的输入,由于受激辐射而得到两个完全由于受激辐射而得到两个完全相同的光子相同的光子,这两个又可变为四个这两个又可变为
29、四个这就形成了雪崩这就形成了雪崩式的式的光放大光放大过程。过程。由由于于受受激激辐辐射射出出的的大大量量光光子子特特性性相相同同，即即光光子子简简并并度度大大，所所以以受受激激辐辐射射发发出出的的光光相相干干性性好好，亮亮度度极极高高,从而出现光源的质的飞跃。从而出现光源的质的飞跃。因此，因此，受激辐射是形成激光的基础。受激辐射是形成激光的基础。43第43页，共52页，编辑于2022年，星期日 有了受激辐射，是否就能得到激光输出呢？有了受激辐射，是否就能得到激光输出呢？否否！要要知知道道，光光通通过过工工作作物物质质时时，不不仅仅有有受受激激辐辐射形成的光放大，还有光的吸收。射形成的光放大，还
30、有光的吸收。根据玻耳兹曼分布律，通常温度下，处于低能态的原子根据玻耳兹曼分布律，通常温度下，处于低能态的原子数总是多于高能态的原子数数总是多于高能态的原子数(正常分布正常分布)。光通过这种煤质时，。光通过这种煤质时，吸收光子的原子多，辐射光子的原子少，因此总的效果吸收光子的原子多，辐射光子的原子少，因此总的效果是光强减弱。是光强减弱。要获得真正的光放大，就要求辐射光子的原子多，吸要获得真正的光放大，就要求辐射光子的原子多，吸收光子的原子少收光子的原子少，这就必须使处于高能态上的原子数这就必须使处于高能态上的原子数N2多于低能态原子数多于低能态原子数N1,这种分布称为这种分布称为粒子数反转粒子数
31、反转分布。分布。实现实现粒子数反转粒子数反转是产生激光的必要条件。是产生激光的必要条件。三三.粒子数反转粒子数反转44第44页，共52页，编辑于2022年，星期日 实现粒子数反转的两个条件是：实现粒子数反转的两个条件是：第一，外界向工作物质输入第一，外界向工作物质输入能量能量，把尽可能多，把尽可能多的原子从低能级激发到高能级，这一过程称为的原子从低能级激发到高能级，这一过程称为激励激励(也称为抽运或泵浦也称为抽运或泵浦)。第二，第二，工作物质要有工作物质要有(能发生粒子数反转的能发生粒子数反转的)适适当的能级结构。当的能级结构。45第45页，共52页，编辑于2022年，星期日 红红宝宝石石是是
32、一一根根掺掺有有0.035%铬铬离离子子(Cr3+)的的Al2O3晶晶体棒。体棒。这是一个典型的三能级系统的激光器。这是一个典型的三能级系统的激光器。铬的工作能级铬的工作能级E1基态基态E3激发态激发态E2亚稳态亚稳态光光抽抽运运 550nm入射光光泵入射光光泵快衰变快衰变(无辐射无辐射)694.3nm激光激光1.红宝石激光器红宝石激光器46第46页，共52页，编辑于2022年，星期日 2.He-Ne激光器激光器6328碰撞交碰撞交换能量换能量亚稳态亚稳态E2基态基态E1HeNeE1E2E3电子碰电子碰撞激励撞激励 以上激光器以上激光器,其发光过程都是束缚电子发生受激辐射发出其发光过程都是束缚
33、电子发生受激辐射发出激光。其缺点：激光。其缺点：一是发出光的波长由原子能级确定，因而无法调节。一是发出光的波长由原子能级确定，因而无法调节。二是受介质耐热性的限制，难于提高输出功率。二是受介质耐热性的限制，难于提高输出功率。47第47页，共52页，编辑于2022年，星期日 3.自由电子激光自由电子激光 加速电子发射的电磁波沿轴向传播加速电子发射的电磁波沿轴向传播,并在两反射镜间并在两反射镜间发生谐振。发生谐振。前进中的电子与它所发射的光子产生受激康普顿散射而前进中的电子与它所发射的光子产生受激康普顿散射而形成极强的相干光，这就是形成极强的相干光，这就是自由电子激光。自由电子激光。特点特点:波长
34、可调波长可调,高功率。高功率。激光束激光束NSNSNSSNSNSNSNSN反射镜反射镜高能电子束高能电子束48第48页，共52页，编辑于2022年，星期日四四.光学谐振腔光学谐振腔 光学谐振腔的作用有三：光学谐振腔的作用有三：1.产生和维持光放大。产生和维持光放大。2.改善方向性。改善方向性。3.提高单色性。提高单色性。k=1,2,.光学谐振腔光学谐振腔全反射全反射反射反射99%输出激光束输出激光束Lk=1k=2k=3L49第49页，共52页，编辑于2022年，星期日 一个一个激光器激光器由三个基本部分由三个基本部分组成组成:激光工作物质、激励激光工作物质、激励(能源能源)装置和光学谐振腔。装
35、置和光学谐振腔。激光器的组成激光器的组成全反射全反射反射反射99%工作物质工作物质光学谐振腔光学谐振腔.激励装置激励装置五五.激光器的组成激光器的组成50第50页，共52页，编辑于2022年，星期日 按照工作物质来分按照工作物质来分,可分为可分为 气体激光器、半导体激光器、固体激光器和液体激光器等。气体激光器、半导体激光器、固体激光器和液体激光器等。按照激光输出方式来分按照激光输出方式来分,又可分为又可分为 连续输出激光器和脉冲输出激光器。连续输出激光器和脉冲输出激光器。六六.激光器的类型激光器的类型 七七.激光的特性及应用激光的特性及应用 1.方向性好方向性好 激光方向性好的特性激光方向性好
36、的特性,可用于定位、导向、测距等。可用于定位、导向、测距等。2.单色性好单色性好 激光单色性好的特性激光单色性好的特性,可用于精密测量、激光通讯、等可用于精密测量、激光通讯、等离子体测试等。离子体测试等。51第51页，共52页，编辑于2022年，星期日 3.能量集中能量集中(亮度高亮度高)激光器的脉冲输出功率可达激光器的脉冲输出功率可达1013。激光使能量高度集中的特性激光使能量高度集中的特性,可用于打孔、焊接、可用于打孔、焊接、切割，制造激光武器等。在医学上切割，制造激光武器等。在医学上,可用激光作为手术可用激光作为手术刀。刀。4.相干性好相干性好 由于激光的单色性好由于激光的单色性好,因而它的时间相干性极好。可因而它的时间相干性极好。可用于快速、精密的无损检测，用作激光全息照相的光源。用于快速、精密的无损检测，用作激光全息照相的光源。52第52页，共52页，编辑于2022年，星期日