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激光基础常识:光是如何产生的?

1.光的产生

1)物质的组成

世界上能看到的任何宏观物质都是由原子、分子、离子等微观粒子构成。其中,分子是 原子通过共价键结合形成的,离子是原子通过离子键结合形成的,所以归根结底,物质是由 原子构成的,如图1-1所示。

图1-1 物质的组成
图1-1 物质的组成

 

2)原子的结构

原子是由居于原子中心的带正电的原子核 和核外带负电的电子构成的,如图1-2所示。

根据量子理论,同一个原子内的电子在不连 续的轨道上运动,并且可以在不同的轨道上运
动,如同一辆车在高速公路上可以开得快,在市 区里就开得慢一样。

在图1-3所示的玻尔的原子模型中,电子分别可以有三条轨道,原子对 应不同轨道有三个不同的能级。

当n = l时,电子与原子核之间距离小,原子处于低能级的稳定状态,又称为基态*

当;|>1时,电子与原子核之间距离变大,原子跃迁到高能级的非稳定状态,又称为激发态。

图1-2原子的结构示意图
图1-2原子的结构示意图??
波尔的原子模型
波尔的原子模型

3)原子的发光

激发态的原子不会长时间停留在高能级上,它会自发地向低能级的基态跃迁,并释放出 它的多余的能量。

如果原子是以光子的形式释放能量,这种跃迁称为自发辐射跃迁,此时宏观上可以看到 物质正在以特定频率发光,其频率由发生跃迁的两个能级的能量差决定:
V= (E2-E1)/h

式中4为普朗克常数,6. 626X10 34 j乘s;v为光的频率lS-1

自发辐射跃迁是除激光以外萁他4源的发光方式〗它是随机跃迁过程,发出的光在相 位、偏振态和传播方向上都彼此无关。

由此可以看出,物质发光的本质是物质的原子、分子或离子处于较高的激发状态时,从较高 能级向低能级跃迁,并自发地把过多的能量以光子的形式发射出来的绰果,如图1-3所示。

图1-4 物质发光的本质
图1-4 物质发光的本质

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