量子光学基础.ppt

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1、大学物理学第二十一章量子光学基础上海交通大学物理系§21.1引言§21.2普朗克的能量子假说§21.4氢原子光谱玻尔的氢原子理论§21.3爱因斯坦的光量子假设§21.5激光器的工作原理大学物理学：量子光学基础2大学物理学：量子光学基础3热辐射黑体辐射基尔霍夫定律斯特潘-玻耳兹曼定律维恩位移定律维恩公式瑞利-金斯公式普朗克量子假设爱因斯坦光量子假设光电效应康普顿散射光的粒子性光的波粒二象性光的波动性⑴黑体辐射问题→“紫外灾难”；⑵光电效应→n

2、性；⑸固体分子的比热问题:Ｃｖ＝３Ｒ→Ｃｖ＝0；经典物理的几个困难：两大新理论的诞生：①狭义和广义相对论；②量子力学大学物理学：引言4§21.1引言量子概念是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.量子力学宏观领域经典力学现代物理的理论基础量子力学相对论量子力学微观世界的理论起源于对波粒二相性的认识大学物理学：引言5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(heatradiation)。

3、热辐射的电磁波的波长、强度与物体的温度有关，还与物体的性质表面形状有关。§21-2普朗克的能量子假说1.热辐射的基本概念一、热辐射现象False-colourinfraredimageofWhirlpoolgalaxyThermogramofman大学物理学：普朗克的能量子假说6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)大学物理学：普朗克的能量子假说7单色吸收比:当辐射从外界入射到

4、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: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:吸收能力的量度大学物理学：普朗克的能量子假说8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2.基尔霍夫定律大学物理学：普朗克的能量子假说9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，即一个好的发射体一定也是好的吸收体。大学物理学：普朗克的能量子假说10黑体:能完全吸收各种波长电磁波而无反射的物体显然，

5、黑体的吸收比和单色吸收比为100%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。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？大学物理学：普朗克的能量子假说11二、黑体辐射的基本规律测定黑体辐出度的实验简图PL2B2AL1B1CA为黑体B1PB2为分光系统C为热电偶大学物理学：普朗克的能量子假说12实验结果:024681012钨丝和太阳的单色辐出度曲线21210468太阳可见光区钨丝（5800K）太阳（5800K）钨丝医学物理学：黑体辐射130100020001.00.5黑体辐射规律:可

6、见光区3000K6000K（1）斯忒藩—玻尔兹曼定律斯忒藩—玻尔兹曼常量（2）维恩位移定律常量峰值波长大学物理学：普朗克的能量子假说14大学物理学：普朗克的能量子假说15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。（3）维恩定律（c2和c3为经验参数）4012356789维恩线大学物理学：普朗克的能量子假说16（4）瑞利-金斯定律4012356789瑞利-金斯线大学物理学：普朗克的能量子假说17经典理论在短波区域的失败成为“紫外灾难”。（5）普朗克经验公式4012356789大学物理学：普朗克的能量子假说18近代伟大的德国物理学家，量子论的奠基人，

7、一九一八年获诺贝尔物理学奖。(1858~1947)大学物理学：普朗克的能量子假说19在长波情况下：瑞利-金斯公式大学物理学：普朗克的能量子假说20在短波情况下：维恩公式大学物理学：普朗克的能量子假说21三、普朗克的能量子假设普朗克常量能量子为单元来吸收或发射能量.普朗克认为：金属空腔壁中电子的振动可视为一维谐振子，它吸收或者发射电磁辐射能量时，不是过去经典物理认为的那样可以连续的吸收或发射能量，而是以与振子的频率成正比的普朗克黑体辐射公式空腔壁上的带电谐振子吸收或发射能量应为大学物理学：普朗克的能量子假说22经典理论的基本观点：（1）电磁辐射来源于带电粒子的振动，

8、电磁波的频