文档介绍：icFieldandAtomicSystems激光的基本理论电介质的极化光和物质相互作用的经典理论、半经典理论和量子理论简介?激光器的物理基础是光波电磁场与物质的相互作用(特别是共振相互作用)?对于大多数激光器,指光与组成物质的原子(或离子、分子)内的电子之间的共振相互作用?对于自由电子激光器,则考虑光与自由电子的相互作用激光的基本理论?经典理论:用经典电动力学的Maxwell方程组描述电磁场,将原子中电子的运动视为服从经典力学的振子,称为经典原子发光模型。虽然比较粗糙,但曾成功解释物质对光的吸收及色散现象,可定性说明原子的自发辐射及其谱线宽度等?半经典理论:采用经典Maxwell方程组描述光频电磁波,而物质原子则用量子力学描述(兰姆理论)。能较好地揭示激光器中大部分物理现象,但不能处理与场的量子化特性有关的物理现象,且数学处理比较繁杂?量子理论:对光频电磁波和物质原子都作以量子化处理,并将二者作为一个统一的物理体系加以描述(量子电动力学)。但只是在需要严格地确定激光的相干性和噪声以及线宽极限等特性时才是必要的?速率方程理论:量子理论的简化形式,从光子(量子化的电磁场)与物质原子的相互作用出发,忽略了光子的相位特性和光子数的起伏特性,只能给出激光的强度特性?激光器的严格理论是建立在量子电动力学基础上的量子理论,它在原则上可以描述激光器的全部特性。?用不同近似程度的理论去描述激光器的不同层次的特性,每种近似理论都能揭示出激光器的某些规律,但也掩盖着某些更深层次的物理现象。激光与物质相互作用的基本方程真空中的Maxwell方程组:)4()3()2(0)1(000?????????????????????tEBtBEEB???????????????????将(4)两边对时间求偏导,并将(3)代入可以简化为:)5(1222?????tEcE????????或写为:)6(012222??????????tEcE此为真空中的波动方程表示式平面波、慢变振幅与慢变位相近似波动方程写为:)4()3()2()1(0000??????????????????????KztKEzEEtE????????????????????)6(01)5(0100???????????????????tcztEczE??)),((0),(?21),(tztKzietzExtzE??????平面波、慢变振幅与慢变位相近似在垂直于激光轴的方向上,场强的变化和光波长相比是缓慢的,可以近似认为波场只沿着z轴方向变化。介质中的Maxwell方程)4()3()2(