激光基礎知識:光是如何產生的?

1.光的產生

1)物質的組成

世界上能看到的任何宏觀物質都是由原子、分子、離子等微觀粒子構成。其中,分子是 原子通過共價鍵結合形成的,離子是原子通過離子鍵結合形成的,所以歸根結底,物質是由 原子構成的,如圖1-1所示。

圖1-1 物質的組成
圖1-1 物質的組成

 

2)原子的結構

原子是由居于原子中心的帶正電的原子核 和核外帶負電的電子構成的,如圖1-2所示。

根據量子理論,同一個原子內的電子在不連 續的軌道上運動,并且可以在不同的軌道上運
動,如同一輛車在高速公路上可以開得快,在市 區里就開得慢一樣。

在圖1-3所示的玻爾的原子模型中,電子分別可以有三條軌道,原子對 應不同軌道有三個不同的能級。

當n = l時,電子與原子核之間距離小,原子處于低能級的穩定狀態,又稱為基態*

當;|>1時,電子與原子核之間距離變大,原子躍遷到高能級的非穩定狀態,又稱為激發態。

圖1-2原子的結構示意圖
圖1-2原子的結構示意圖??
波爾的原子模型
波爾的原子模型

3)原子的發光

激發態的原子不會長時間停留在高能級上,它會自發地向低能級的基態躍遷,并釋放出 它的多余的能量。

如果原子是以光子的形式釋放能量,這種躍遷稱為自發輻射躍遷,此時宏觀上可以看到 物質正在以特定頻率發光,其頻率由發生躍遷的兩個能級的能量差決定:
V= (E2-E1)/h

式中4為普朗克常數,6. 626X10 34 j乘s;v為光的頻率lS-1

自發輻射躍遷是除激光以外萁他4源的發光方式〗它是隨機躍遷過程,發出的光在相 位、偏振態和傳播方向上都彼此無關。

由此可以看出,物質發光的本質是物質的原子、分子或離子處于較高的激發狀態時,從較高 能級向低能級躍遷,并自發地把過多的能量以光子的形式發射出來的綽果,如圖1-3所示。

圖1-4 物質發光的本質
圖1-4 物質發光的本質

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