128-第7讲 激光的相干性和光子统计.ppt

第7讲???激光的相干性和光子统计 章 若 冰 激光的特性 本讲分三部分内容 一、激光理论概述 二、激光的相干性 三、激光的光子统计 一．????? 激光理论概述 处理激光问题三个层次的理论 1．速率方程理论 2．半经典理论 3．全量子理论 激光振荡与放大的物理基础是光与物质相互作用 三个层次理论之间的关系 光电子技术精品课程 光电子技术 精品课程 电子科学与技术 精密仪器与光电子工程学院 人类认识光的三个主要发展阶段 1．牛顿的微粒说 2．惠更斯的波动说 3．爱因斯坦的量子论 1．方向性好 2．单色性好 空间相干性——方向性 3．相干性好 时间相干性——单色性 4．单色亮度高 单色亮度为在光传播方向单位面积，单位立体角， 单位频率间隔辐射的光功率 从量子理论认识激光 1．除光子简并度高外还具有不同的光子统计特性 2．除具有一阶相干性外还具有各高阶相干性 辐射场 原子系统 损耗机制 泵浦过程 原子与场相互作用 激光系统 环境 全量子力学方程 半经典方程 速率方程 对泵浦和弛豫过程取平均 忽略掉所有的相位关系 用来研究激光线宽、强度的起伏、相干性、光子统计等 用来研究阈值条件、输出功率等 (连续运转、脉冲运转、调Q激光器) 用来研究频率牵引和推斥、 粒子数的脉动、相位锁定、 超短脉冲、相干光学瞬态过程等 S S1 S2 r1 r2 R D O r Lx Δx 二． 激光的相干性 一阶相干性 杨氏干涉实验 一阶相干度: 光场时空坐标 和 的 一阶相关函数: 高阶相干性 混沌光的一阶相干度 混沌光的二阶相干度 a)高斯线型 b) 洛仑兹线型 γ为线宽参数 a)高斯线型 b) 洛仑兹线型 γ为线宽参数 二阶相关函数 二阶相干度 n阶相干度 三．激光的光子统计 单模激光场的光子数分布 所满足的方程 　式中 　　可由归一化条件　　　　　求出。 达到平衡时的光子数分布 式中:　A－线性增益系数　Ｂ－自饱和系数　Ｃ－损耗系数 在阈值附近简化为：　 在远高于阈值时，激光的光子分布接近相干态的泊松分布： 光电子技术精品课程