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受激辐射

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受激辐射,即处于激发态的发光原子在外来辐射场的作用下,向低能态或基态跃迁时,辐射光子的现象。此时,外来辐射的能量必须恰好是原子两能级的能量差。受激辐射发出的光子和外来光子的频率、位相、传播方向以及偏振状态全相同受激辐射是产生激光的必要条件。
受激发射(英语:Stimulated emission)是激光的主要光源。受激发射的光放大(英语:Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)缩写就是“LASER”。受激发射概念是由阿尔伯特·爱因斯坦在他1917年发表的论文《关于辐射的量子理论》中提出的;大约10年后,英国著名物理学家、剑桥大学教授保罗·狄拉克首次实验证明受激发射的存在。 [1] 
中文名
受激辐射
外文名
stimulated radiation
性    质
辐射
属    性
受激
研究范畴
量子光学、量子电动力学
应    用
产生激光的必要条件

目录

受激辐射简介

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自发辐射是在没有任何外界作用下,激发态原子自发地从高能级(激发态)向低能级(基态)跃迁,同时辐射出一个光子的过程。
若处于高能级上的原子,受到能量为hν12= E2-E1的外来光子的激励,由高能级受迫跃迁到低能级,同时辐射出一个与激励光子全同的光子。该过程则称寒欠舟之为受激辐射。 [2] 
说明受激发射之前需先了解原子的能阶之概念,其中发出光最重要的就是所谓跃迁。
  • 原子结构
  • 原子基本上由原子核、电子组成。若有外来能量使电子与原子核的距离增大,则内能增加;反之减少。
  • 原子能阶
  • 波尔假说:原子存在某些定态,在这些定态时不发出也不吸收电磁辐射,原子定态能量只能采取某些分立值E1、E2等,这些定态能量的值称为能阶。
  • 电子通过能阶跃迁可以改变其轨道,离原子核较远的轨道具有较高的能阶。当电子从离原子核较远的轨道(高能阶)跃迁到离原子核较近的轨道(低能阶)上时将会发射出光子。反之,吸收光子或声子,可使电子自较低能阶轨道跃迁到较高能阶的轨道。每个跃迁对应一个特定的能量和波长。
  • 与跃迁对应的高能阶能量E2和低能阶能量E1 满足关系式
  • 上式中 c指真空中的光速,λ为波长,ν为频率,h为普朗克常数。
  • 受激辐射背景资料

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    它基于伟大的科学家爱因斯坦在1916年提出了的一套全新的理论。这一理论是说在组成物质的原子中,有不同数量的粒子(电子)分布在不同的能级上,在高能级上的粒子受到某种光子的激发,会从高能级跳到(跃迁)到低能级上,这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光,而且在某种状态下,能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这就叫做“受激辐射的光放大”,简称激光。激光主要有四大特性:激光高亮度、高地想轿婶方向性、高单色性和白樱婶埋高相干性(单色性与相干性意义相同)。

    受激辐射应用

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    时下激光已广泛应用到激光焊接激光切割激光打孔(包括斜孔、异孔、膏药打孔、水松纸打孔、钢板打孔、包装印刷打孔等)、激光淬火激光热处理激光打标、玻璃内雕、激光微调、激光光刻、激光制膜、激光薄膜加工、激光封装、激光修复电路、激光布线技术、激光清洗等。
    经过30多年的发展,激光当下几乎是无处不在,它已经被用在生活、科研的方方面面:激光针灸激光裁剪、激光切割、激光焊接、激光淬火、激光唱片激光测距仪激光陀螺仪、激光铅直仪、激光手术刀、激光炸弹、激光雷达激光枪激光炮等等。在不久的将来,激光肯定会有更广泛的应用。
    激光武器是一种利用定向发射的少犁承激光束直接毁伤目标或使之失效的定向能武器。根据作战用途的不同,激光武器可分为战术激光武器战略激光武器两大类。武器系统主要由激光器和跟踪、瞄准、发射装置等部分组成,时下通常采用的激光器有化学激光器固体激光器、CO2激光器等。激光武器具有攻击速度快、转向灵活、可实现精确打击、不受电磁干扰等优点,但也存在易受天气和环境影响等弱点。激光武器已有30多年的发展历史格脚遥,其关键技术也已取得突破,美国、俄罗斯、法国、以色列等国都成功进行了各种激光打靶试验。时下低能激光武器已经投入使用,主要用于干扰和致盲较近距离的光电传感器,以及攻击人眼和一些增强型观测设备;高能激光武器主要采用化学激光器,按照现有的水平,今后5~10年内可望在地面和空中平台上部署使用,用于战术防空、战区反导和反卫星作战等。
    受激辐射的概念:当原子处于激发态E2时,如果恰好有能量(E2-E1)的光子射来,在入射光子的影响下,原子会发出一个同样的光子而跃迁到低能级E1上去,这种辐射叫做受激辐射。
    正常情况下,大多数粒子处于基态,要使这些粒子产生辐射作用,必须把处于基态的粒子激发到高能阶上去。由于原子内部结构不同,相同的外界条件使原子从基态激发到各高能阶的概率不同。通常把原子、分子或离子激发到某一能阶上的可能性称为这一能阶的“激发概率”。
    理论研究表明,光的发射过程分为两种,一种是在没有外来光子匙提的情况下,处于高能阶E2的一个原子自发地向低能阶E1跃迁,并发射一个能量为E2-E1的光子,这种过程称为“自发跃迁”;由原子自发跃迁发出的光波称为自发发射。
    另一种发射过程是处于高能阶E2上的原子,在频率为ν的辐射场作用下,跃迁至低能阶E1并辐射一个能量为的光子,这种过程称为受激发射跃迁;受激发射跃迁发出的光波,称为受激发射。
    受激发射与自发发射最重要的区别在于干涉性。自发发射是原子在不受外界辐射场控制情况下的自发过程,大量原子的自发辐射钻符巴场的相位是不干涉的,辐射场的传播方向和偏振态也是无规分布,而受激发射是在外界辐射场控制下的发光过程。因此,受激辐射场的频率、相位、传播方向和偏振态与外界辐射场完全相同。激光就是一种受激发射的干涉光。
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    参考资料
  • 1.    Einstein, A (1916). "Strahlungs-emission und -absorption nach der Quantentheorie". Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. 18: 318–323. Bibcode:1916DPhyG..18..318E.
  • 2.    自发辐射与受激辐射  .中国数字科技馆[引用日期2013-05-06]