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原子原来具有能量E1,吸收了光子的能量E,这样,原子跃迁到高能级后所具有的能量为E1+hf21=E1+(E2——E1)=E2。
这就表明,原子从原来的低能级E1被激发到高能级E2上去了,也就是说,原子中的一个电子吸收了外界能量而跑到离核较远的轨道上去,从而使原子的能量有所增加。
这个过程叫做光的受激吸收。
受激吸收过程不是自发产生的,而是在外来光子的“刺激”
下发生的。
只要外来光子的频率(或能量)符合(10——1)式条件,受激吸收就会发生。
譬如说,用光照射某种物质,光越强,物质中原子吸收的光子就越多,受激发的原子也越多;光越弱,物质中原子吸收的光子就越少,受激发的原子也越少。
(3)受激辐射
一个处于高能级E2的原子,当有一个频率为f21=(E2——E1)h的外来光子逼近它时,这个原子受到光的“刺激”
,便有可能从高能级E2跃迁到低能级E1,同时辐射出一个光子来,这个光子的能量为E2——E1,频率与外来光子的频率相同。
这就表明,原子从高能级降到了低能级,也就是说,原子中处于能量较高轨道上的电子,在外界入射光的“刺激”
下被迫跃迁到能量低的轨道上,从而发出光来。
这个过程就叫做光的受激辐射。
受激辐射过程不是自发产生的,而是在外来光子的“刺激”
下发生的。
由于受激辐射出来的光子是受外来光子“刺激”
产生的,因而它与外来光子一模一样,不仅频率相同,都是f21,而且传播方向、振动方向和振动相位都是完全一致的。
如果以外来的光子代表入射光波,那么,在受激辐射过程之后,由两个光子代表输出光波,结果输出光波的能量比入射光波的能量增大了一倍,换句话说,光波的振幅通过受激辐射而被放大了。
实际上,这就是激光产生的基本原理。
上述的光的自发辐射、受激吸收和受激辐射,通常是同时存在的。
受激吸收和受激辐射显然是互相矛盾的,因为受激吸收是原子在光照作用下,从低能级被激发到高能级上去,结果吸收光子,光场被减弱;而受激辐射是原子在光照作用下,从高能级跃迁到低能级去,结果又辐射出光子来,光场被增强,即光被放大。
但是,在原子正常能级分布情况下,由于低能级上的原子数目较多,所以总是以光的受激吸收占优势,因而光总是衰减的。
要想获得光的放大,必须没法使光的受激辐射占优势,也就是说,必须使处于高能级上的原子数目远多于处于低能级上的原子数目,这样就可以使受激辐射过程胜过受激吸收过程,从而实现激光放大。
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