受激发射和光的放大及激光的产生过程

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受激发射和光的放大及激光的产生过程

化学先生 / 2019-08-31

①自发辐射的选择规则:电子从高能态向低能态的跃迁只能发生在角动量量子数L相差±L的两个状态之间。

②亚稳态能级:不满足选择规则的能级(寿命为10⁻³～Ls)。

受激发射指激光的发射方式，光是由物质的分子、原子、电子运动面产生的。与普通光的自发发射不同，当微粒受其他光的刺激而发光时，称受激发射。其特点是原子或分子所发射出来的光，在频率、位相、偏振与传播方向上都是致的。激光正是大量原子、分子由受激发射所关联起来的集体发光行为。受激辐射产生的光子与人射光子是完全相干的:受激辅射中，光子成倍增长，产生了光放大。

激光的产生过程：

激光是受激辐射发光，但实际上也存在自发辐射和吸收，见图7-4。

高能态粒子数大于低能态粒子数为非热平衡状态。在热平衡状态下，粒子数按能态的分

布遵循玻尔兹曼分市律。可以通过下式表示:

一∝exp[-(E2-E1)/(kT)]

式中关为玻尔兹曼常数。

为了有效地产生激光，必须改变这种分布，形成粒子数反转的状态。粒子数反转(pop-ulation inversion)是激光产生的前提。在通常情况下，处于低能级E1的原子数大于处于高能级E2的原子数，这种情况得不到激光。为了得到激光，就必须使高能级E2上的原子数目大于低能级E1上的原子数目，发生受激辐射，使光增强(也叫做光放大)。要达到这个目的，必须设法把处于基态的原子大量激发到亚稳态E2，使处于高能级E2的原子数大大超过处于低能级E的原子数。这样就在能级E2和E1之间实现了粒子数的反转。例如，氫氖激光器中，通过氨原子的协助，可使氖原子中的两个能级实现粒子数反转而获得激光。

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