激光与物质的相互作用/PRODUCTS

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激光与物质间的作用

时间：2011-12-31 22:40:37  来源： 打印本文

激光与物质间的作用

2005/10/21/10:40    每一种物质都有固定的能阶，当光与物质发生交互作用时，原子内部的电子就从某一能阶状态跃迁到另一能阶状态，而跃迁过程会伴随着光的吸收和辐射。 

    当光与物质相遇时，会发生三种基本现象，也就是光与物质之间会进行三种基本的交互作用：吸收、自发放射和激发放射。 

    当光照射在物质表面时，物质内部分电子吸收光的能量，从基态跃迁到激发态，亦即光被原子吸收，这是光的吸收过程。原子要从光获得能量，必须是光子的能量恰为两能阶的能量差，吸收过程才会产生。如光子能量大于物质能隙，则光子会被材料吸收，并将电子激发到导电带而在价电带留下电洞。  

    我们可以牛顿力学的小实验来说明这个现象，用一绳系住一个铁球甲，绳子自由垂下，再用具一定速度同质量的铁球乙撞击铁球甲，这时，乙球不动，而甲球由位能的低点升到位能的高点（上升高度则视乙球撞击的动量而定），这与光子的吸收方式类似。  

    能量较高的物质放出电磁波，而降低其能量的过程称为自发放射。物质吸收光子能量后，电子跃迁到激发态，当入射光消失时，电子经过一小段时间后，会自然回到稳定的基态。这时能量将以光子方式释放，且朝各方向放射的机率相同，一般的光源放射就是这种方式。  

    同样地，可以牛顿力学的小实验来模拟，用一绳系住一个铁球甲，从位能的高处自由落到位能的低处，这时，撞击到另一同质量的铁球乙，则甲球不动而乙球将获得动能往前弹出，就像物质因自发放射发出电磁波（光子、电磁辐射）而降低能量一样。  

    物质与光的第三种交互作用是激发放射，就是在激发状态的粒子受到入射光的作用而跃回基态，受激放射的频率与入射光相同，而且放射光方向与入射光运动方向一致，也就是产生波长一样（因此能量相同）且相位一致的放射光，这是激光发生的重要过程。通俗地说，激发放射是高能量的物质因为受到适当的入射光子所激励，而发出相同的光波。  

    这就像是在卡拉OK机器前的人，跟着熟悉或引起共鸣的曲调唱起来。激发放射产生的光波波长、发出光波的时间、光波的发射方向决定于入射的电磁波（光子），在外观上，会看见一个光子到达这个物质，却有两个一模一样的光子从物质发出。既然光子数目增加，光强度也就放大了。