受激发射 stimulated emission

2022-10-25 13:34:01 浏览:218

定义

量子效应,其中光子发射由其他光子触发。

图 1:受激发射的图示。入射光子刺激激发的原子或离子经历从激发态到基态的跃迁。

如果激光活性原子或离子处于激发态(量子力学能级)(例如通过光泵浦),它可能会在一段时间后自发衰变成较低的能级,以光子的形式释放能量,以随机空间方向发射。这个过程被称为自发发射。光子发射也有可能被入射光子[1]激发,如果这些光子具有合适的光子能量(或光学频率);这称为受激发射(见图1)。在这种情况下,光子被发射到入射光子的模式中。实际上,入射辐射的功率被放大。这是激光放大器和激光振荡器中光放大的物理基础。

受激发射的物理原理可以在量子光学的背景下描述。也有半经典描述(处理振荡偶极子或高阶多极与电磁场的相互作用),受激发射的原始思想是由爱因斯坦[1]在量子力学和量子光学完全发展之前发表的。

请注意,在太多激光活性原子处于激光跃迁的较低状态的介质中,受激发射的放大效应可以减少或完全抑制,因为这些原子吸收光子并因此衰减光。在一个简单的两级系统中,激光放大需要所谓的群体反转。

在速率方程建模中,激发原子的受激发发射过程的速率可以计算为所谓的发射横截面和光子通量密度(每单位面积和时间的光子数)的乘积。这些术语经常用于速率方程建模。光子通量密度可以计算为光学强度除以光子能量。

在远高于阈值的激光器中,受激发射比自发发射占主导地位,并且功率效率可能很高。为了满足该条件,入射光学强度必须高于饱和强度。

参考文献

[1] A. Einstein, “Zur Quantentheorie der Strahlung”, Physikalische Zeitschrift XVIII, 121 (1917) (first prediction of stimulated emission)

激光器

作          者: 泮桥成像光电商城

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