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受激發射
鎖定
- 中文名
- 受激發射
- 外文名
- stimulated emission
- 概 念
- 激光的發射原理
- 特 徵
- 激發電子躍遷到低能態而發射光
- 激光器
- 發射激光的裝置
- 應 用
- 激光
受激發射定義
在説明受激發射之前需先了解原子的能級的概念,其中發出光最重要的就是躍遷。
- 原子結構
原子基本上由原子核、電子組成。若有外來能量使電子與原子核的距離增大,則內能增加;反之減少。
- 原子能階
玻爾假説:原子存在某些定態,在這些定態時不發出也不吸收電磁輻射,原子定態能量只能採取某些分立值
、
等,這些定態能量的值稱為能階。
電子通過能階躍遷可以改變其軌道,離原子核較遠的軌道具有較高的能階。當電子從離原子核較遠的軌道(高能階)躍遷到離原子核較近的軌道(低能階)上時將會發射出光子。反之,吸收光子或聲子,可使電子自較低能階軌道躍遷到較高能階的軌道。每個躍遷對應一個特定的能量和波長。
與躍遷對應的高能階能量
和低能階能量
滿足關係式:
上式中 c指真空中的光速,
,λ為波長,ν為頻率,h為普朗克常數;
J.s
受激發射發光
正常情況下,大多數粒子處於基態,要使這些粒子產生輻射作用,必須把處於基態的粒子激發到高能階上去。由於原子內部結構不同,相同的外界條件使原子從基態激發到各高能階的概率不同。通常把原子、分子或離子激發到某一能階上的可能性稱為這一能階的“激發概率”。
理論研究表明,光的發射過程分為兩種,一種是在沒有外來光子的情況下,處於高能階
的一個原子自發地向低能階
躍遷,併發射一個能量為
-
的光子,這種過程稱為“自發躍遷”;由原子自發躍遷發出的光波稱為自發發射。
另一種發射過程是處於高能階
上的原子,在頻率為ν的輻射場作用下,躍遷至低能階
並輻射一個能量為的光子,這種過程稱為受激發射躍遷;受激發射躍遷發出的光波,稱為受激發射。
受激發射與自發發射最重要的區別在於干涉性。自發發射是原子在不受外界輻射場控制情況下的自發過程,大量原子的自發輻射場的相位是不干涉的,輻射場的傳播方向和偏振態也是無規分佈,而受激發射是在外界輻射場控制下的發光過程。因此,受激輻射場的頻率、相位、傳播方向和偏振態與外界輻射場完全相同。激光就是一種受激發射的干涉光。
受激發射原理
受激發射(stimulated emission)是產生激光的重要步驟。激光工作物質的兩個能級E2和E1滿足輻射躍遷的選擇定則,當處於高能級E2的粒子受到光子能量為ε=hν=E2-E1的光照射時,粒子會由於這種入射光的刺激而發射與入射光子一模一樣的光子,而躍遷到低能級E1。也就是説,粒子躍遷發射的光與入射光二者的頻率都是:
ν=(E2-E1)/h
dN21=B21N2ρνdt
B21稱為受激發射係數,它是粒子能級系統的特徵參量。如記W21=B21ρν,則有
W21=B21ρν=dN21/N2dt
即W21是單位時間內,在單色輻射能量密度ρν的光照射下,由於受激發射躍遷到低能級E1的粒子數在能級E2總粒子數中所佔的比例。也就是E2能級上每一個粒子在單位時間內發生受激發射的概率。所以W21稱為受激發射躍遷概率。它與ρν成正比,而不像自發發射躍遷概率A21那樣對一確定的能級系統是一常數。
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受激發射概念説明
受激發射應用
- 參考資料
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- 1. 詞條作者:鄭樂民.《中國大百科全書》74卷(第二版)物理學 詞條:受激發射:中國大百科全書出版社,2009-07:420頁
- 2. 詞條作者:杜寶勳.《中國大百科全書》74卷(第一版)電子學與計算機 詞條:自發發射和受激發射:中國大百科全書出版社,1987
- 3. Einstein, A (1916). "Strahlungs-emission und -absorption nach der Quantentheorie". Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. 18: 318–323. Bibcode:1916DPhyG..18..318E.
- 4. Einstein, A (1917). "Zur Quantentheorie der Strahlung". Physikalische Zeitschrift. 18: 121–128. Bibcode:1917PhyZ...18..121E.