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激光的产生
自1960年美国人梅曼制造出第一台激光器以后，激光已得到了极广泛的应用,如激光开刀，可自动止血；全息激光照片可以假乱真；还有光缆信息传输，热核反应的引发等….。
激光的产生
问题: 激光是怎样产生的？它有哪些特点？为什么有这些特点呢？下面将通过氦氖激光器加以说明。
一、激光的产生
激光:是受激幅射产生的，经放大后的光。
E2
E1
1、受激吸收
处在低能级E1的原子受到能量等于h =E2-E1的光子的照射时，吸收这一光子跃迁到高能级的过程。
（1） 主量子数 ，它大体上决定原子
中电子的能量。
四个量子数：描述原子中电子的量子态。
（2） 轨道量子数（角量子数）
它决定电子绕核运动的角动量的大小，影响原子在外磁场中的能量。一般来说，处于同一主量子数n，而不同角量子数 的状态中的电子，其能量也稍有不同。
（3） 磁量子数
决定电子绕核运动的角动量在外磁场中的（2l+1）种空间指向。影响原子在外磁场中的能量。
（4） 自旋磁量子数
决定电子自旋角动量在外磁场中的两种指向，也影响原子在外磁场中的能量。
（5） 总角动量合成
l = 0, j = s =1/2
l 不= 0, j = l s = l 1/2
泡利不相容原理
四个量子数决定一个 量子态： n, l, ml , ms .
能量最小原理：
原子处于正常状态时，其中电子都要占据最低能级。
基态原子的电子排布由以下两个原理决定：
一个量子态质能容纳一个电子
基态原子填充情况
状态数=电子数
2、自发辐射
处在高能级E2的原子，即使没有任何外界激励，也能自发跃迁到低能级E1，并且发射一个能量h =E2-E1的光子。
E2
E1
3、受激辐射：
E2
E1
入射光子能量h 等于相应能级差E2-E1时。入射光子的电磁场就会引发原子从高能级E2跃迁到低能级E1，同时放出一个与入射光子频率、相位、偏振方向都相同的光子。
相干光
激发
碰撞
He
Ne
E/eV

2s
1s
5s
3p
2p
氦氖能级示意图
0
16
17
18
19
20
21
受激辐射
0.6328 ｍ
粒子数布居反转
1.电子碰撞,He被激发到2s亚稳态能级,难于跃迁到基态。
2.Ne的5s与He的2s能级相近,经碰撞,He把能量传递给Ne而回到基态,Ne被激发到5s能级。
3.要产生激光,除了增加上能级的粒子数外,还要设法减少下能级粒子数。Ne的5s是亚稳态,下能级3p的寿命比上能级5s要短得多,这就可以形成粒子数的反转。
激光发射器---氦氖红光
氩离子激光器
3、方向性极强:
可直接作相干光源。
时间、空间相干性好,
1、相干性极好：
4、亮度极高
投射到月球(38万公里)光斑直径仅约2公里,
Laser
激光器
2
10mW的功率He-Ne激光器竟产生了比太阳大几千倍的辐射亮度
2、单色性好：
,而普通光源仅有10-5。
发散角～10 -4弧度
实验装置示意图
3.激光的应用---光纤通信
光纤的应用：胃镜、光纤通信
光导纤维

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