文档介绍：受激辐射概念是爱因斯坦首先提出的(1917 年)。在普朗克(Max P lanck )于 1900 年用辐射量子化假设成功地解释了黑体辐射分布规律,以及波尔( Niele Bohr) 在 1913 年提出原子中电子运动状态量子化假设的基础上,爱因斯坦在此基础上, 研究了关于光与物质相互作用的问题,他明确指出,只有自发辐射和光吸收两过程,是不足以解释普朗克黑体辐射公式的,必需引入受激吸收过程的逆过程——受激发射。他把光频电磁场与物质的相互作用划分为三种过程---- 自发发射, 受激吸收和受激辐射,并把它们用三个爱因斯坦系数加以定量描述。四十年后,受激辐射概念在激光技术中得到了应用。 1—3 光的受激辐射经典辐射理论经典的辐射理论引用偶极子的概念,反映了光的发射和吸收过程的规律。偶极子强迫振动时释放能量——受激发射现象偶极子强迫振动时吸收能量——受激吸收现象偶极子阻尼振动时释放能量——自发发射现象因辐射与温度有关,故称热辐火炉 600 度 1000 度 400 度 黑体热辐射 ,这种能量按频率的分布随温度而不同的电磁辐射叫做热辐射. .(黑体是理想模型) 注意: 1)黑体是对入射的辐射能全部吸收(不管什么波长) 的物体,也不反射。因此当其自身的热辐射很弱时,看上去是黑洞洞的。 2)黑体是理想化的模型,实际中的物体的吸收率总是小于 1。 3)一个开有小孔的内表面粗糙的空腔可近似看成理想的黑体。 :由黑体发射的电磁辐射, 又称热平衡辐射(因这时黑体与辐射场达到了热平衡, 即它从辐射场吸收的辐射能量等于它发射的电磁辐射的能量) ——辐射场中单位体积内,频率在 v附近的单位频率间隔中的辐射能量。 Vv w vdd d??测量黑体辐射出射度实验装置 T 1Ls会聚透镜 2Lc 空腔小孔平行光管棱镜热电偶 1893 年,维恩根据热力学和光的电磁理论,实验推出维恩位移定律:黑体温度增高时,其单色辐出度的峰值波长向短波方向传播,且有如下关系: bT m??Km b. 10 898 .2 3??? m?峰值波长 T:绝对温度 0 ?),(T??m? 2200 K2000 K1800 K1600 K 随着 T的增大,λ m减少,有经验的锅炉工可观察小孔的颜色来判断炉内的温度。太阳的体积很大,它的表面可近似地看成黑体,太阳光谱中的波长位于黄光区 5500 埃附近, λ m=5500 埃,由维恩位移定律可估计到太阳表面温度为 5500 k, 考虑到修正因素通常说太阳表面的温度约 6000 k。维恩公式 1896 年德国维恩( Wien )从热力学普遍理论出发,将黑体谐振子能量按频率分布类同于 Maxwell 速度分布,由经典理论导出以下公式 T ce cT ???? 25 1),( ??式中 C 1、C 2为常数此公式在长波方面与实验数据不符。?( nm) 0 ),(T??瑞利--金斯公式 1900 年瑞利--金斯利用经典电动力学和统计力学(将固体当作谐振子且能量按自由度均分原则及电磁辐射理论) 得到一个公式: kT c nvTv 3 38),( ??? C :为光速 k= ?10 -23 J/K 波尔兹曼常数),(T???(n m) 0 热辐射实验此公式在短波区域明显与实验不符,而理论上却找不出错误——“紫外线灾难”,像乌云遮住了物理学睛朗的天空。 ( Planck ’ s formula ) 普朗克注意到在过去的理论中,把黑体中的原子和分子都看成可以吸收或辐射电磁波的谐振子,且电磁波与谐振子交换能量时可以以任一大小的分额进行,(从 0到?大)。普朗克当时大胆地放弃了这一概念,提出了一个革命性的假设,即能量的吸收与辐射只能按不连续的一份一份能量进行。普朗克量子假设: 辐射黑体是由带电谐振子组成,这些谐振子辐射电磁波并和周围电磁场交换能量,但这些谐振子只能处于某些特殊的状态。它们的能量只能是某些能量子?的整数倍。?nE n???h?? ?nsjh???? 34 10 63 .6 ?为谐振子频率量子数 1900 年德国物理学家普朗克导出了一个公式: “普朗公式” 1 18 3 3?? kT hv ve c vh??h = ?10 -34j·s称为普朗克恒量 C为光速?)(T ??该公式与实验数据符合得很好!在理论由普朗克公式可得出斯忒番经验定律、维恩位移定律、维恩公式、瑞利--金斯公式等。事实上正是这一理论导致了量子力学的诞生, 普朗克也成为了量子力学的开山鼻祖, 1918 年因此而获得诺贝尔奖。?总辐射能量密度: