第七讲激光的相干性与光子统计
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
lim T T 10TE*r1,t1Er2,t1t21dt1
一阶相干度:
2020/8/12
g1r1t1,r2t2
E*r1,t1Er2,t2
1
E*r1,t12Er2,t22 2
高阶相干性
二阶相关函数 二阶相干度
G 2 r 1 t1 ,r 2 t2 Ir 1 ,t1 Ir 2 ,t2 lim T 10 TIr1,t1Ir2,t1t2 1d t1
1
E r 1 ,t1 2 E r n ,tn 2 E r n 1 ,tn 1 2 E r 2 n ,t2 n 22
a)高斯线型 b) 洛仑兹线型
γ为线宽参数
t1t2r1r2 /c
a)高斯线型 b) 洛仑兹线型
γ为线宽参数
t1t2r1r2/c
2020混/8/1沌2 光的一阶相干度
混沌光的二阶相干度
g 2 r 1 t1 ,r 2 t2 E * r 1 ,E t1 r E 1 ,* t 1 r 2 2 ,t 2 E E r 1 r ,2 t,1 t 2 E 2 r 2 ,t2
n阶相干度
g n
E * r 1 ,t1 E * r n ,tn E r n 1 ,tn 1 E r 2 n ,t2 n
速率方程
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)
2020/8/12
二． 激光的相干性 一阶相干性
Leabharlann BaiduS Δx
r1
S1
L
x
r2
S2
R
D r
O 杨氏干涉实验
光场时空坐标 r1 , t1 和 r2 , t2 的 一阶相关函数:
G 1 r 1 t1 ,r2 t2 E *r 1 ,t1E r2 ,t2
2020/8/12
高于阈值２０％的激光光子数 与相干态的泊松分布的比较
达到平衡时的光子数分布
Ｂnn－ 自00饱kn1和1系AkCB数A
Ｃ－损耗系数
式中 0 0 可由归一化条件 n n 1 求出。
n0
在阈值附近简化为：
nn
n
00
k1
AkB C
在远高于阈值时，激光的光子 分布接近相干态的泊松分布：
2020/8/12
nn
en
nn n!
达到平衡态时的光子数分布 a. 低于阈值２０％ b．在阈值处； c．高于阈值２０％
2020/8/12
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
2020/8/12
激光的特性
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 B=
三．激光的光子统计
单模激光场的光子数分布 n n 所满足的方程
d d t n n 1 n n 1 1 A B A n n t 1 n n A B A n 1 , n 1 c n n n c n 1 n 1 , n 1
式中: A－线性增益系数
2020/8/12
激光振荡与放大的物理基础是 光与物质相互作用
辐射场 原子与 场相互 作用
原子系统
激光系统
2020/8/12
损耗机制
泵浦过程 环境
三个层次理论之间的关系
全量子力学方程
用来研究激光线宽、强度的 起伏、相干性、光子统计等
对泵浦和弛豫过程取平均 半经典方程
忽略掉所有的相位关系
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
P
ΔSΔΩΔν
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
2020/8/12
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
2020/8/12
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
一阶相干度:
2020/8/12
g1r1t1,r2t2
E*r1,t1Er2,t2
1
E*r1,t12Er2,t22 2
高阶相干性
二阶相关函数 二阶相干度
G 2 r 1 t1 ,r 2 t2 Ir 1 ,t1 Ir 2 ,t2 lim T 10 TIr1,t1Ir2,t1t2 1d t1
1
E r 1 ,t1 2 E r n ,tn 2 E r n 1 ,tn 1 2 E r 2 n ,t2 n 22
a)高斯线型 b) 洛仑兹线型
γ为线宽参数
t1t2r1r2 /c
a)高斯线型 b) 洛仑兹线型
γ为线宽参数
t1t2r1r2/c
2020混/8/1沌2 光的一阶相干度
混沌光的二阶相干度
g 2 r 1 t1 ,r 2 t2 E * r 1 ,E t1 r E 1 ,* t 1 r 2 2 ,t 2 E E r 1 r ,2 t,1 t 2 E 2 r 2 ,t2
n阶相干度
g n
E * r 1 ,t1 E * r n ,tn E r n 1 ,tn 1 E r 2 n ,t2 n
速率方程
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)
2020/8/12
二． 激光的相干性 一阶相干性
Leabharlann BaiduS Δx
r1
S1
L
x
r2
S2
R
D r
O 杨氏干涉实验
光场时空坐标 r1 , t1 和 r2 , t2 的 一阶相关函数:
G 1 r 1 t1 ,r2 t2 E *r 1 ,t1E r2 ,t2
2020/8/12
高于阈值２０％的激光光子数 与相干态的泊松分布的比较
达到平衡时的光子数分布
Ｂnn－ 自00饱kn1和1系AkCB数A
Ｃ－损耗系数
式中 0 0 可由归一化条件 n n 1 求出。
n0
在阈值附近简化为：
nn
n
00
k1
AkB C
在远高于阈值时，激光的光子 分布接近相干态的泊松分布：
2020/8/12
nn
en
nn n!
达到平衡态时的光子数分布 a. 低于阈值２０％ b．在阈值处； c．高于阈值２０％
2020/8/12
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
2020/8/12
激光的特性
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 B=
三．激光的光子统计
单模激光场的光子数分布 n n 所满足的方程
d d t n n 1 n n 1 1 A B A n n t 1 n n A B A n 1 , n 1 c n n n c n 1 n 1 , n 1
式中: A－线性增益系数
2020/8/12
激光振荡与放大的物理基础是 光与物质相互作用
辐射场 原子与 场相互 作用
原子系统
激光系统
2020/8/12
损耗机制
泵浦过程 环境
三个层次理论之间的关系
全量子力学方程
用来研究激光线宽、强度的 起伏、相干性、光子统计等
对泵浦和弛豫过程取平均 半经典方程
忽略掉所有的相位关系
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
P
ΔSΔΩΔν
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
2020/8/12
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
2020/8/12
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