2020年高中物理竞赛-普通物理学C（修订版）14玻尔理论和激光：条件(共17张PPT)

2020高中物理竞赛 普通物理学C （2020新修版） 激光原理 （二）产生激光的必要条件 （三）如何实现粒子数反转 （1）激励（泵浦）：从外界输入能量（如光照、放电等）。 亚稳态：不如基态稳定，但比激发态要稳定得多，如 具有亚稳态的工作物质，就能实现粒子数反转。 激光原理 （2）选取能实现粒子数反转的工作物质： 一般情况：大量原子处于基态，而处激发态 的时间很短，约为 ，不稳定。 红宝石中铬离子能级图 激光原理 例：红宝石：在人工制造的刚玉 （ ）中，掺入少量的铬离子（ ）而构成晶体。起发光作用的是铬离子。 激发态 亚稳态 基态 产生激光 激光原理 受激吸收 强光照射 无辐射跃迁 放出能量 （红宝石发热） （四）光学谐振腔 激光的形成 要获得具有一定寿命和强度的激光，必须加光学谐振腔。 激光原理 全反射镜 部分透光反射镜 激光光束 （1）强度集中： 光振荡：稳定光振荡——光的放大与损耗达到动态平衡时，输出激光。 （2）方向性好： 方向：不沿谐振腔轴线的光，将从腔内逸出。 光学谐振腔 光学谐振腔 （3）单色性好 选频作用：以反射镜为节点形成驻波，由驻波条件，加强光必须满足： 所以谐振腔起了选频作用，激光频宽越窄，单色性越好。不满足上述条件，将被淘汰。 激光器的基本结构  激励能源： 向工作物质提供能量，将工作物质的原子、分子从基态激发到高能态，实现粒子数反转分布（外因） 激光器基本结构及各部分功能 激励能源 工作物质 光学谐振腔 激光束 激光器基本结构及各部分功能 红宝石： 三能级系统  工作物质： 光学透明性良好 有亚稳态能级（内因） 激光器基本结构及各部分功能 四能级系统  谐振腔 激光器基本结构及各部分功能 对方向进行选择（//轴线光放大）——方向性 对频率进行选择（在腔内形成驻波的光放大） 纵模—选模—单色性 来回反射多次放大—强光 （阈值条件，增益~损耗，稳定输出） 激光器 按工作物质分类 按光输出方式分类 激光器 固体激光器： 在基质（玻璃、晶体）中掺稀土元素 例： 钕玻璃激光器