量子光学基础引言.ppt

量子光学导论主要内容参考书考核§1引言热辐射引言⑴黑体辐射问题→“紫外灾难”；量子概念是1900年普朗克首先提出的，距今已有一百多年的历史.其间，经过爱因斯坦、玻尔、德布罗意、玻恩、海森伯、薛定谔、狄拉克等许多物理大师的创新努力，到20世纪30年代，就建立了一套完整的量子力学理论.所有物体在任何温度下都要发射电磁波，这种与温度有关的辐射称为热辐射(heatradiation)。单色辐出度M：为了描述物体辐射能量的能力，定义物体单位表面在单位时间内发出的波长在附近单位波长间隔内的电磁波的能量，为单色辐出度M，即单色吸收比:当辐射从外界入射到物体表面时，在到+d的波段内吸收的能量“E吸收d”与入射的总能量“E入射d”之比:同一个物体的发射本领和吸收本领有内在联系基尔霍夫定律：实验发现，在温度一定时，物体在某波长λ处的单色辐出度与单色吸收比的比值与物体及其物体表面的性质无关，即二、黑体辐射的基本规律实验结果:普朗克的能量子假说（3）维恩定律（4）瑞利-金斯定律（5）普朗克经验公式近代伟大的德国物理学家，量子论的奠基
人，一九一八年获诺贝尔物理学奖。在长波情况下：在短波情况下：三、普朗克的能量子假设经典理论的基本观点：光电效应：当一束光照射在金属表面上时，金属表面有电子逸出的现象。光电效应的实验规律:截止频率（红限）按经典理论，电子逸出金属所需的能量，需要有一定的时间来积累，一直积累到足以使电子逸出金属表面为止.与实验结果不符.爱因斯坦的光量子论逸出功的测定例波长为450nm的单色光射到纯钠的表面上.例设有一半径为的薄圆片，它距
光源1.0m.此光源的功率为1W，发射波长为589nm
的单色光.假定光源向各个方向发射的能量是相同
的，试计算在单位时间内落在薄圆片上的光子数.光电效应在近代技术中的应用(1892~1962)美国物理学家1、散射光中除了原波长0外，还出现比原波长大的；光量子理论对康普顿效应的解释康普顿波长：结论：1、波长的改变量与散射角有关，散射角越大，也越大。光的波粒二象性例：求康普顿散射实验中反冲电子的动量与动能[例]在康普顿效应中，入射光子的波长为3×10-3nm，反冲电子的速度为光速的60%，求散射光子的波长和散射角。END氢原子光谱玻尔的氢原子理论氢气的吸收光谱一、氢原子光谱实验值：莱曼系：（紫外光）(n>m)二、经典原子模型的困难+经典核模型的困难玻尔假设：(1885~1962)玻尔量子化条件：轨道能量：莱曼系比较[例]如用能量为12.6eV的电子轰击氢原子，将产生那些光谱线？可能的能级跃迁：31，32，211.波长为450nm的单色光射到纯钠的表面上.（普朗克常数h=6.626×10-34J•s，钠的逸出功为2.28eV）求：
（1）这种光的光子能量和动量；
（2）光电子逸出钠表面时的动能；
（3）若光子的能量为2.40eV，其波长为多少？
2.如用能量为12.9eV的电子轰击氢原子，将产生那些光谱线？（氢原子的基态能量为-13.6eV）普通光源-----自发辐射一.特点：按工作方式分1.粒子数按能级分布：玻尔兹曼分布2.自发辐射(spontaneousradiation)写成等式3．受激辐射(stimulatedradiation)4.受激吸收(absorption)二、粒子数反转和光放大三、激光器的工作原理具有亚稳态的原子结构，才能实现粒子数反转。梅曼和第一只激光器氦氖激光器（四能级系统）工作物质谐振腔的作用：量子光学（QuantumOptics）是应用辐射的量子理论研究光辐射的产生、相干统计性质、传输、检测以及光与物质相互作用中的基础物理问题的一门学科。与其它学科的联系