1、激光的基本原理及特性第二部分光與物質(zhì)的相互作用二、光與物質(zhì)的相互作用 任何物質(zhì)的發(fā)光，溯其根源都是光與物質(zhì)相互作用的結(jié)果。同樣激光產(chǎn)生的物理基礎(chǔ)也是光與物質(zhì)的相互作用，即指光和構(gòu)成激光工作物質(zhì)中原子、分子或離子作用。（一）、黑體輻射1、空腔熱輻射 絕對黑體：在任何溫度下都能把照到其上的任何頻率的輻射完全吸收（即(,T) 1）的物體。2、黑體輻射的實驗規(guī)律 將一個空腔的腔壁加熱，使其保持一恒定的溫度T，則小孔出射的輻射相當于從面積等于小孔面積，溫度為 T 的絕對黑體表面所出射。如圖所示，圖上每一條曲線反映了在一定的溫度下，單色輻出度按波長分布的情況。由熱力學(xué)理論得出以下實驗定律。 黑體輻射的功率

2、譜12000K；21800K；31600K41400K；51200K；61000K激光的基本原理及特性（1）、斯忒潘波耳茲曼定律 黑體輻射出射度 Me,B(T) 與絕對溫度的4次方成正比，即： Me,B(T) T4 式中 為斯忒潘常數(shù)，其值為 5.67 x 10-8 W.m-2.K-4（2）、維恩位移定律 每一曲線上有一個Me,B(,T) 的最大值, 相應(yīng)的波長為m，T與m的關(guān)系為 T m b 式中 b 稱為維恩常數(shù)，其值為 b 2.897 x 10-3 m.K 當溫度升高時， m 變小，說明輻射能量向高頻方向移動。 絕對黑體溫度與輻射出射度峰值波長對應(yīng)值黑體絕對溫度（K）輻射峰值波長（m）1

3、000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 2.898 1.449 0.966 0.725 0.580 0.483 0.415第二部分光與物質(zhì)的相互作用激光的基本原理及特性（3）、絕對黑體輻射出射度分布曲線的峰值定律 實驗表明，絕對黑體輻射出射度的峰值Me,B(m ,T)與絕對溫度的5次方成正比，即 Me,B(m ,T) CT5 式中 C = 1.301 X 10-15 W.cm-2. m -1.K-5 以上三個定律分別表示了絕對黑體總輻射出射度 ( 分布曲線下的面積 )、峰值波 長、峰值波長對應(yīng)的輻射出射度峰值與絕對溫度的關(guān)系。3、維恩公式和瑞利金斯公式（1）、維恩公

4、式 Me,B(,T) ( c2/5 ) e-(c/T) 據(jù)此公式繪出的曲線與實驗曲線在高頻端符合較好，低頻端產(chǎn)生偏離。（2）、瑞利金斯公式 Me,B(,T) ( 2c/4 ) kT 據(jù)此公式繪出的曲線與實驗曲線在長波段符合較好，但在短波段誤差很大。第二部分光與物質(zhì)的相互作用激光的基本原理及特性4、普朗克公式 1900年普朗克作了一次大膽的嘗試。他假設(shè)，黑體出射度的能量不是連續(xù)的，而是一份一份的。他第一個提出了能量子假設(shè)，開創(chuàng)了近代物理的新紀元。普朗克黑體輻射的能量密度公式：(,T) ( 8h3/c3 ) 1/(e(h/kT) - 1)及黑體輻射的單色輻射出射度公式：Me,B(,T) 2hc2-

5、5 1/ (e(hc/kT ) - 1)式中 k 是波耳茲曼常數(shù)， h 是普朗克常數(shù)。它們的數(shù)值為:k = 1.381 x 10-23 J/K; h = 6.626 x 10-34 J.s在短波部分，由于hkT, 則e(h/kT) 1,普朗克公式變?yōu)榫S恩公式；在長波部分，h n2 W12W21 (設(shè)f1f2) 受激輻射 受激吸收 吸收T=1500K,l=500nm第二部分光與物質(zhì)的相互作用激光的基本原理及特性自發(fā)輻射受激輻射自發(fā)輻射：原子在不受外界輻射場控制情況下的自發(fā)過程；大量原子的自發(fā)輻射場的相位是無規(guī)則分布的，因而是不相干的。此外，自發(fā)輻射場的傳播方向和偏振方向也是無規(guī)則分布的，即自發(fā)輻射平均地分配到腔內(nèi)所有模式上。受激輻射：是在外界輻射場的控制下的發(fā)光過程，即各原子的受激輻射的相位不在是無規(guī)則分布，而是具有和外界輻射場相同的相位。受激輻射光子與