1、1.4 光的受激吸收以及爱因斯坦三系数关系,3 受激吸收,受激吸收：处于低能级E1的原子受到外来光子（能量 ）的刺激作用，完全吸收光子的能量而跃迁到高能级E2的过程。,3 受激吸收,（1）受激吸收跃迁速率与受激吸收系数,（2）受激吸收几率,讨 论,从E1经受激吸收跃迁到E2具有一定的跃迁速率则有式中的 为外来光的光场单色能量密度，即受激吸收跃迁速率与外来光的光场单色能量密度成正比。其他参数意义同自发辐射：n1为某时刻低能级E1上的原子数密度（即单位体积中的原子数），dn2表示在dt时间间隔内由E1受激吸收跃迁到E2的原子数，“”被去除表示E2能级的粒子数密度增加。B12称为爱因斯坦受激吸收系数
2、，简称受激吸收系数。,（1）受激吸收跃迁速率与受激吸收系数,3. 受激吸收,讨 论,（1.3.10）,受激吸收（跃迁）几率W12定义为 则有受激吸收的跃迁几率的物理意义为：单位时间内，在外来单色能量密度为 的光照下，E1能级上因为受激吸收跃迁到E2能级上的粒子数密度占处于E1能级总粒子数密度的百分比。,（2）受激吸收几率,3. 受激吸收,讨 论,（1.3.11）,三、自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系,A21、B21、B12三个系数的关系 在光和原子相互作用达到热平衡的绝对黑体空腔内的原子系统中，如果单色辐射能量密度为 ，则有如下关系,式子的左边是与高能级上粒子数有关的辐射光子数，而右边是
3、与低能级上粒子数有关的吸收光子数， 即发射与吸收光子数相等.,三、自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系,A21、B21、B12三个系数的关系根据波尔兹曼分布定律，动平衡的条件下，对于简并度g2的高能级E2和简并度g1的低能级E1有,将高能级E2上的粒子数n2用低能级E1上的粒子数n1来表 示,并代入动平衡的条件下三个爱因斯坦系数满足的关系式进一步化简,得到热平衡空腔得单色辐射能量密度为,三、自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系,A21、B21、B12三个系数的关系绝对黑体空腔内的原子系统中，单色辐射能量密度同时满足普朗克公式,欲使式中两个等号同时满足必须保证分式前的系数和指数前的系数都相等
4、，因而得到三个爱因斯坦系数的内在联系:,三、自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系,（1）爱因斯坦系数之间的关系,（2）特例情况下的爱因斯坦系数之间的关系,讨 论,三、自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系,（1）爱因斯坦系数之间的关系 上两个式子是爱因斯坦系数之间的基本关系.由于三个系数都是原子的特征参量,所以它们与具体过程无关.,讨 论,三、自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系,（2）特例情况下的爱因斯坦系数之间的关系如果 ，则有,讨 论,当高低能级的简并度相同时，受激辐射与受激吸收系数相等。外来光子被吸收和激发受激辐射的机会相同。 但是一般讲高能级的简并度总比低能级的简并度要高，因此受
5、激辐射比受激吸收系数要小。,在折射率为 的介质中，自发辐射系数与受激辐射系数之间关系为,四、自发辐射光功率与受激辐射光功率,对于发光介质中某一单位体积，自发辐射的光功率体密度可表示为,受激辐射的光功率体密度可表示为,受激辐射光功率体密度与自发辐射光功率体密度之比为,对于平衡热辐射光源则有,四、自发辐射光功率与受激辐射光功率,（1）普通光源自发辐射光功率与受激辐射光功率之比,讨 论,温度T=3000K的热辐射光源，发射的波长为500nm时受激辐射光功率体密度与自发辐射光功率体密度之比为,普通光源主要是自发辐射,四、自发辐射光功率与受激辐射光功率,（2）激光光源自发辐射光功率与受激辐射光功率之比,讨 论,激光光源打破了热平衡且单色能量密度比普通光源大1010倍，对于上例,受激辐射光功率体密度与自发辐射光功率体密度之比为,激光光源主要是受激辐射,思 考,在各种光源中是否存在受激吸收？是什么作用？,
