受激辐射

2021-02-23 10:36:59 浏览:907

定义

一种量子效应,受其它光子的激发而产生的光子辐射

当激光活性原子或离子处于激发态时(量子力学能级),随后在一段时间内可能会自发的衰变到一个低能级,以光子的形式释放出能量,并且辐射的方向是随机的。这一过程被称为自发辐射。然而,光子辐射也可以受入射光子的激发[1],如果入射光子的能量合适(或者光频率),这被称为受激辐射。在这种情况下,辐射的光子与入射光子模式相同。于是入射光子的功率被放大。这是激光放大器和激光振荡可以放大光的物理基础。

图 1 受激辐射示意图。一个入射光子激发原子或者离子使其从激发态跃迁到基态。

当介质中太多激光活性原子处于激光跃迁中的低能级时,受激辐射的放大效应会被降低甚至完全被抑制,因为这些原子吸收光子因此使光强变小。在一个简单的二能级系统,激光放大过程需要粒子数反转。

激发态原子受激辐射过程速率等于辐射截面和光通量的乘积(单位面积单位时间的光子数)。

在阈值以上工作的激光器中,受激辐射占主导地位比自发辐射强,因此泵浦效率很高。如果满足这种条件,入射光强需要比饱和强度要大。

参考文献

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

参阅:自发辐射、激光跃迁、光子、增益、跃迁截面、粒子数反正、放大器、激光器、拉比振荡、物理原理

放大器

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