学而不思则惘,思而不学则?/p>
激光原理复习题
(
页码是按第五版书标注的,黄色底纹的页码是按第六版书标注的
)
填空
6
4
24
?/p>
?/p>
?/p>
?/p>
简?/p>
6
6
36
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?/p>
?/p>
?/p>
计算
12
15
27
?/p>
?/p>
?/p>
?/p>
?/p>
论述
1
13
13
?/p>
?/p>
?/p>
?/p>
1.
什么是光波模式和光子态?什么是相格?/p>
Page5
答:
光波模式
(page5):
在一个有边界条件限制的空?/p>
V
内,只能存在一系列独立的具有特定波?/p>
k
的平面单色驻波?/p>
这种?/p>
够存在于腔内的驻波(以某一波矢
k
为标志)称为光波模式?/p>
光子?/p>
(page6):
光子在由坐标与动量所支撑的相空间中所处的状?/p>
,
在相空间中,光子的状态对应于一个相格?/p>
相格
(page6):
在三维运动情况下,测不准关系?/p>
3
x
y
z
x
y
z
P
P
P
h
?/p>
?/p>
?/p>
?/p>
?/p>
?/p>
?/p>
,故在六位相空间中,一个光子态对应(?
占有)的相空间体积元?/p>
3
x
y
z
x
y
z
P
P
P
h
?/p>
?/p>
?/p>
?/p>
?/p>
?/p>
?/p>
,上述相空间体积元称为相格?/p>
2.
如何理解光的相干性?何谓相干时间、相干长度、相干面积和相干体积?/p>
Page7
答:光的相干?/p>
(page7):
在不同的空间点上、在不同的时刻的光波场的某些特性的相关性?/p>
相干时间
(page7)
:光沿传播方向通过相干长度
c
L
所需的时间,称为相干时间?/p>
相干长度:相干光能产生干涉效应的最大光程差,等于光源发出的光波的波列长度?/p>
?
相干面积?/p>
相干体积
(page7)
:如果在空间体积
c
V
内各点的光波场都具有明显的相干性,?/p>
c
V
称为相干体积?/p>
3.
何谓光子简并度,有几种相同的含义?激光源的光子简并度与它的相干性什么联系?
Page9
答:光子简并度
(page9)
:处于同一光子态的光子数称为光子简并度?/p>
光子简并度有以下几种相同含?/p>
(page9)
:同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体积内的光子数、处于同一?/p>
格内的光子数?/p>
联系:激光源的光子简并度决定着激光的相干性,光子简并度越高,激光源的相干性越好?/p>
4.
什么是黑体辐射?写?/p>
Planck
公式
,
并说明它的物理意义?/p>
Page10
答:黑体辐射
(page10)
:当黑体处于某一温度
T
的热平衡情况下,它所吸收的辐射能量应等于发出的辐射能量,即黑体与?/p>
射场之间应处于能量(热)平衡状态,这种平衡必然导致空腔内存在完全确定的辐射场,这种辐射场称为黑体辐射或平衡?/p>
射?/p>
Planck
公式
(page10)
?/p>
3
3
8
1
1
b
h
k
T
h
c
e
?/p>
?/p>
?/p>
?/p>
?/p>
?
?/p>
物理意义
(page10)
:在单位体积内,频率处于
?/p>
附近的单位频率间隔中黑体的电磁辐射能量?/p>
5.
描述能级的光学跃迁的三大过程,并写出它们的特征和跃迁几率?/p>
Page10
答:
(1)
自发辐射
过程描述
(page10)
:处于高能级
2
E
的一个原子自发的?/p>
1
E
跃迁,并发射一个能量为
h
?/p>
的光子,这种过程称为自发?/p>
迁,由原子自发跃迁发出的光波称为自发辐射?/p>
特征?/p>
a)
自发辐射是一种只与原子本身性质有关而与辐射?/p>
?/p>
?/p>
无关的自发过?/p>
,
无需外来光?/p>
b)
每个发生辐射的原?/p>
都可看作是一个独立的发射单元,原子之间毫无联系而且各个原子开始发光的时间参差不一,所以各列光波频率虽然相同,
均为
?/p>
,各列光波之间没有固定的相位关系,各有不同的偏振方向,而且各个原子所发的光将向空间各个方向传播,即大?/p>
原子的自发辐射过程是杂乱无章的随机过程,所以自发辐射的光是非相干光?/p>
自发跃迁爱因斯坦系数?/p>
21
1
s
A
?/p>
?
(2)
受激吸收
过程描述
(page12)
处于低能?/p>
1
E
的一个原子,
在频率为
?/p>
的辐射场作用
(激励)
下,
吸收一个能量为
h
?/p>
的光子并?/p>
2
E
能态跃迁,这种过程称为受激吸收跃迁?/p>
特征?/p>
a)
只有外来光子能量
2
1
h
E
E
?/p>
?/p>
?/p>
时,才能引起受激辐射?/p>
b)
跃迁概率不仅与原子性质有关,还与辐射场?/p>
?/p>
?/p>
有关?/p>
受激吸收跃迁概率
(page12)
?/p>
12
12
v
W
B
?/p>
?/p>
?/p>
12
B
为受激吸收跃迁爱因斯坦系数?/p>
v
?/p>
为辐射场?/p>
(3)
受激辐射
过程描述
(page12)
?/p>
处于上能?/p>
2
E
的原子在频率?/p>
?/p>
的辐射场作用下,
跃迁至低能?/p>
1
E
并辐射一个能量为
h
?/p>
的光子?/p>
受激辐射跃迁发出的光波称为受激辐射?/p>
特征?/p>
a)
只有外来光子能量
2
1
h
E
E
?/p>
?/p>
?/p>
时,才能引起受激辐射?/p>
b)
受激辐射所发出的光子与外来光子的频率、传?/p>
方向、偏振方向、相位等性质完全相同?/p>
受激辐射跃迁概率?/p>
21
21
v
W
B
?/p>
?/p>
?/p>
21
B
为受激辐射跃迁爱因斯坦系数?/p>
v
?/p>
为辐射场?/p>
6.
Einstein
系数有哪些?它们之间的关系是什么?
Page13
答:系数
(page11-12)
:自发跃迁爱因斯坦系?/p>
21
A
,受激吸收跃迁爱因斯坦系数
12
B
,受激辐射跃迁爱因斯坦系数
21
B