量子光学ppt

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M (T ) /(1014 W m3 )
可
1.0
见
光
区
0.5
6000K
3000K / nm
0
1000 2000
m
普朗克的能量子假说
T m
以上两个实验定 律是遥感、高温 测量和红外追踪 等技术的物理基 础。
28
m
普朗克的能量子假说
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（3）维恩定律
ec3 T
M o (T ) c2 5
量子光学导论
2021-2-20
主要内容
• 绪论 • 波函数与薛定谔方程 • 算符及运算 • 矩阵力学 • Dirac算符 • 电磁场量子化描述 • 电磁场量子态 • 光学分束器的量子化描述 • 电磁场与原子的相互作用（简单）
参考书
• 量子力学，周世勋，高等教育出版社 • 量子力学，曽谨言，科学出版社 • Quantum Optics, M. O. Scully & S.
M 0 (T )
（c2和c3为经验参数）
维恩线 01 2 3 4 5 6 7 8 9
( m)
普朗克的能量子假说
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（4）瑞利-金斯定律
Mo (T ) c1 4 T
M 0 (T )
(c1 2 ck)
瑞利-金斯线
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (m)
爱因斯坦光量子假设 康普顿散射
光的粒子性
光的波动性
光的波粒二象性
引言
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“There is nothing new to be discovered in physics now. All that remains is more and more precise measurement.”
“……two small, puzzling clouds remained on the horizon”.
E吸收 E入射
普朗克的能量子假说
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2. 基尔霍夫定律
同一个物体的发射本领和吸收本领有内在 联系
室温下的反射光照片 1100K的自身辐射光照片
普朗克的能量子假说
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一个好的发射体一定也是好的吸收体。
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
M (T ) M (T )d
0
普朗克的能量子假说
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吸收比: 当辐射从外界入射到物体表面时，吸收能 量与入射总能量之比:
(T )
E吸收 E 入射
吸收能力的量度
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:
(,T )
量子光学基础
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§1 引言 §2 普朗克的能量子假说 §3 爱因斯坦的光量子假设 §4 氢原子光谱 玻尔的氢原子理论 §5 激光器的工作原理 §6 与其它学科的联系
量子光学基础
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热辐射 基尔霍夫定律
黑体辐射
斯特潘-玻耳兹曼定律 维恩位移定律
维恩公式 瑞利-金斯公式
光电效应
普朗克量子假设
Zubairy, Cambridge University Press • Quantum Optics, D. F. Walls & G. J.
Milbrun, Springer
考核
• 平时40%（课堂出勤+作业） • 报告60%（纸质1份+presentation） • 考核时间：5月8日 13：15~16：15 • 考核地点：综合楼D309
--1900, Lord Kelvin
引言
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§1 引言
经典物理的几个困难：
⑴黑体辐射问题→“紫外灾难” ；
⑵光电效应→n<n0,无论I多大,没有光电子逸出; 而它的能量只与n有关,和I无关；
⑶原子的线状光谱及其规律,巴尔末公式的物理机制？ ⑷原子稳定性；
⑸固体分子的比热问题:Ｃｖ＝３Ｒ→Ｃｖ＝0；
两大新理论的诞生： ①狭义和广义相对论；
②量子力学
引言
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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.
量子力学
微观世界的理论 起源于对波粒二相性的认识
12
可见
10
光区
8 钨丝 6 （5800K）
4
2
n /1014 Hz
0 2 4 6 8 10 12
普朗克的能量子假说
黑体辐射规律: （1）斯忒藩—玻尔兹曼定律
M (T )
0
M
(T
)d
T
4
斯忒藩—玻尔兹曼常量
5.67108 W m2 K4
（2）维恩位移定律
mT b
峰值波长
常量 b 2.897103m K
普朗克的能量子假说 二、 黑体辐射的基本规律
A
L1
B1
25
P L2
B2
C
A为黑体 B1PB2为分光系统 C为热电偶
测定黑体辐出度的实验简图
黑体辐射
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实验结果:
钨丝和太阳的单色辐出度曲线
太阳 M (T )(10 8 W/m3 )
太阳 钨丝 M (T )(10 9 W/m3 ) （5800K）
宏观领域 量子力学
经典力学
量子力学 相对论
பைடு நூலகம்
现代物理的理论基础
普朗克的能量子假说
§ 2 普朗克的能量子假说
一、热辐射现象
1. 热辐射的基本概念
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 (heat radiation)。
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False-colour infrared image of Whirlpool galaxy
M1(,T ) M 2 (,T ) 1(,T ) 2 (,T )
M0 (,T )
普朗克的能量子假说
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黑体: 能完全吸收各种波长电磁波而无反射的物体
显然，黑体的吸收比和单色 吸收比为100%
黑体能吸收各种频率的 电磁波，也能辐射各种 频率的电磁波。
思考：黑色的物体是黑体 吗？
黑体是最理想模型，（如图）在不透明材料围成的 空腔上开一个小孔。该小孔的可认为是黑体的表面。
热辐射的电磁波的波长、强 度与物体的温度有关，还与 物体的性质和表面形状有关。
Thermogram of man
普朗克的能量子假说
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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
M
(T
)
dE
d
辐出度 M(T ): 物体从单位面积上发射的所有各种 波长的辐射总功率称为物体的总辐出度 M(T )