文档介绍：光电子学基础知识
前言——光电子技术定义
光电子技术是光学技术与电子技术结合的产物，是电子技术在光频波段的延续与发展。是研究光（特别是相干光）的产生、传输、控制和探测的科学技术。
未来是光通信的世界。
精品资料
你怎么E2
E1
若原子处于高能级E2上，在停留一个极短的时间后就会自发地向低能级E1跃迁，如图所示，并发射出一个能量为hv的光子。为描述这种自发跃迁过程引入自发辐射跃迁几率A21，它的意义是在单位时间内，E2能级上N2个粒子数中自发跃迁的粒子数与N2的比值。如果E2能级下只有E1能级，则在dt时间内，由高能级E2自发辐射到低能级E1的粒子数记作dN21：
三种跃迁过程(自发辐射)
A21——称为爱因斯坦系数，它可以理解为每一个处于E2能级的粒子在单位时间内发生自发跃迁的几率。
自发跃迁是一个只与原子特性有关而与外界激励无关的过程，即A21只由原子本身性质决定。假设E2能级只向E1能级跃迁，则
三种跃迁过程(自发辐射)
式中N20 为t＝0 时刻E2 能级上的粒子数， τ=1/A21 τ反映粒子平均在E2 能级上的寿命。由上式可知，自发跃迁过程使得高能级上的原子以指数规律衰减。
能级的寿命
粒子在E2 能级上停留的平均时间称为粒子在该能级上的平均寿命，简称寿命。
上式表明，N2减少的快慢与A21有关。自发辐射系数A21愈大，自发辐射过程就愈快，经过相同时间 t 后，留在E2上的粒子数N2就愈少。令 τ=1/A21 τ反映粒子平均在E2能级上的寿命。它恰好是E2上粒子数减少为初始时的1/e 约（36%）所用的时间。
能级的寿命
于是有
由上式可以看出，自发辐射系数小，自发辐射的过程就慢，粒子在E2能级上的寿命就长，原子处在这种状态就比较稳定。寿命特别长的激发态称为亚稳态。其寿命可达10-3~1s，而一般激发态寿命仅有10-8s。
三种跃迁过程(受激吸收)
当外来辐射场作用于物质时，假定辐射场中包含有频率为v＝（E2-E1）/h的电磁波（即有能量恰好为hv＝ E2-E1 的光子），使在低能级E1上的粒子受到光子激发，可以跃迁到高能级E2去，这个过程称为受激吸收。
E2
E1
三种跃迁过程(受激吸收)
为描述这个过程，引进爱因斯坦受激吸收系数B12。
设辐射场中单色辐射能量密度为u(v)度，则在单位体积中，从能级 E1 跃迁到 E2 的粒子数为
B12 是一个原子能级系统的特征参数，每两个能级间有一个确定的B12值。
三种跃迁过程(受激吸收)
U12 的物理意义是在单位时间内，在单色辐射能量密度u(v)的光照下，由于受激吸收而从能级E1跃迁到E2上的粒子数与能级E1上的总粒子数之比，也可以理解为每一个处于能级E1的粒子，在u(v)的光照下，在单位时间内发生受激吸收的几率。
因此，受激吸收的过程是一个既与原子性质有关，也与外来辐射场的u(v)有关的过程。
三种跃迁过程(受激辐射)
当外来辐射场作用于物质时，在物质内部也可能发生与受激吸收相反的过程。爱因斯坦根据量子理论指出，当辐射场照射物质而粒子已经处在高能级E2上时，这时会发生一个十分重要的过程——受激辐射过程。如果外来光的频率正好等于（ E2 -E1）/h ，由于受到入射光子的激发， E2 能级上的粒子会跃迁而回到E1 能级上去，同时又放出一个光子来，这个光子的频率、振动方向、相位都与外来光子一致。这是一个十分重要的概念，它为激光的产生奠定了理论基础。
E2
E1
三种跃迁过程(受激辐射)
式中B21 叫***因斯坦受激辐射系数，它是原子能级系统本身的特征参数；U21 则表示在单位时间内，在单色辐射能量密度u(v) 的光照下，由于受激辐射而从高能级E2 跃迁到E1 的粒子数与E2 能级总粒子数之比，也就是在E2 能级上每一个粒子在单位时间内发生受激辐射的几率。
三种跃迁过程(受激辐射与自发辐射的区别)
受激辐射与自发辐射虽然都是从高能级向低能级跃迁并发射光子的过程，但这两种辐射却存在着重要的区别。最重要的区别在于光辐射的相干性，由自发辐射所发射的光子的频率、相位、振动方向都有一定的任意性，而受激辐射所发出的光子在频率、相位、振动方向上与激发的光子高度一致，即有高度的简并性。一般说在自发辐射过程中，总伴有受激辐射产生，辐射场越强，受激辐射也随之增加，自发辐射光功率I自和受激辐射I受分别为
在热平衡状态下，受激辐射是很弱的，自发辐射占绝对优势，但在激光器中，情况发生很大变化，这时已不是热平衡状态，受激辐射的强度比自发辐射的强度大几个数量级。
激光的基本原理、特性和应用 ——三种跃迁过程
E2
E1
自发辐射
E2
E1