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倒置显微镜--激光产生原理

发布时间:2011-12-26   点击次数:1650次

倒置显微镜--激光产生原理

(一)倒置显微镜--原子发光机制

电子是构成物质的基本单位,了解原子的发光机制就理解了激光发生的过程。

原于是由带正电荷的原子核和带负电的电子组成。不同元素的原于核和核外电子数不同。电子围绕原子核旋转的动能与原子吸引电子发生势能之相称为电子的总能量。当电子在某一固定的轨道上运动时,不发射光子,只有当电子从一个能量较大的状态跃迁到另一个能量较小的状态时,电子的总能量才发生变化,能量的改变以光子的形式辐射出来。反之.当电子从—个能量较小的状态跃迁到另一个能量较大的状态时,需要吸收能量。

原子、分子或离子都可能具有多种状态,每一种状态都具有特定的能量。在许多可能的状态中,总有一个状态的能量zui低,这个状态称为基态。其他状态具有比基态高的能量.称为激发态。

发光的本质是物质的原子或者分子内部处于较高的激发态时,这些粒子从高能级向低能级过渡自发地把过多的能量以光子的形式发射出来的结果.

(二)倒置显微镜--光的吸收与发射

在激光发生过程中,会出现受激吸收、白发辐射和受激辐射的物理现象。

1.受激吸收。处于基态的原子在没有任何外来光子(只有能量而没有质量的)接近时.其能量固定不变。如果吸收一定能量的光子,并且从基态激发到激发态,这种能量状态提高的过程称为受激吸收。

2.自发辐射。在不受外界的影响时,处在激发态的原子会自发地返回到基态并且放出光子,此过程称为自发辐射。各个原子发出的光子在传播方向、初始相位和偏振方向都是不同的。除了激光器外,一般的光源发光部属于自发辐射。

3.受激辐射。在外来光子或者外来磁场的影响下,处于激发态的原子从高能态向低能态跃迁,并且把2个能态之间的能量差以辐射光子的形式释放出去,这个过程称为白发辐射。受激辐射发出的光子与外来光子有相同的频率、一致的传播方向、相位和偏振方向。

(三)倒置显微镜--粒子数反转

通常情况下,原子处于热平衡状忠,处于低能态的粒子数多于高能态的粒子数,能级越高.粒子数越少。如果通过某种方法改变粒子数的热平衡分布,使高能态的粒子数多于低能态的粒子数,这样就形成了粒子数反转。

粒子数反转是产生激光的必要条件。实现粒子数反转的方法有多种.如强光照射、放电激励等。用外来能量将粒子由基态激发到高能态的过程称为泵浦或者抽运。不是所有的物质在泵浦源的激励下都能够实现粒子数反转。只有具备三能级系统和四能级系统的激光工作物质才可能实现粒子数反转。

(四)倒置显微镜--激光发射的条件

实现激光输出,除了具备合适的工作物质和稳定的光学谐振腔,还必须减少损耗,加快泵浦速率,使粒子反转数达到产生激光的阂值条件。

白发辐射光子不断产生,同时射向工作物质,再激发工作物质产生很多新光子(受激辐射)。光子在传播中一部分射到反射镜上.另一部分则通过侧面的透明物质跑掉。光

在反射镜的作用下又回到工作物质中.冉激发高能级上的粒子向低能级跃迁,而产生新的光子。在这些光子中,不在沿谐振腔轴方向运动的光子。就不与腔内的物质作用。沿轴方向运动的光于,经过谐振腔中的2个反射镜多次反射,使受激辐射的强度越来越强。

促使高能级上的粒子不断地发11光来*如果光放大到超过光损耗时(衍射、吸收、散射等损失)产生光的振荡,使积累在沿轴方向的光,从部分反射镜中射出这就形成激光。

在谐振腔的反馈过程小.我们了解到光只能沿谐振腔的轴向传播,因此激光具省很高的方向性。又由于谐振腔中2个反射之间距离木同,光在腔内不断地反射,得到加强。而其他波长的光在腔内很快被衰减掉,谐振腔就可以选择一同定波长,说明激光具有单色性;而激)t的亮度高是由光放大产生的。

 

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