激光的相干性和光子统计

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1、第7讲激光的相干性和光子统计章若冰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．爱因斯坦的量子论光电子技术精品课程激光的特性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光电子技术精品课程本讲分三部分内容一、激光理论概述二、激光的相干性三、激光的光子统计光电子技术精品课程一．

2、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．全量子理论光电子技术精品课程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系统损耗机制泵浦过程原子与场相互作用激光系统环境光电子技术精品课程三个层次理论之间的关系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光电子技

3、术精品课程SS1S2r1r2RDOrLxΔx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:光电子技术精品课程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阶相干度光电子技术精品课程三．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

4、，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％高于阈值２０％的激光光子数与相干态的泊松分布的比较光电子技术精品课程