光源在单位时间内发射出的光量称为光源的发光通量，单位流明，lm

1lm（流明）的光通量均匀分布在1㎡表面上所产生的光照度，单位勒克斯，lx

单位光源面积在法线方向上，单位立体角内所发出的光流，单位尼特，nt

备注：不用用肉眼直视激光！

2.5 能量极大

光子的能量是用E=hv来计算的，其中h为普朗克常量，v为频率。

由此可知，频率越高，能量越高。波长越短，能量越高。

激光频率范围3.846×10^（14）Hz到7.895×10^（14）Hz。

第3章 光产生的方式与核心概念

3.1 自发辐射

 自发辐射是在没有任何外界作用下，激发态原子自发地从高能级（激发态）向低能级（基态）跃迁，同时辐射出一个光子的过程。该过程也是我们日常生活中许多光源的辐射机理，像霓虹灯、荧光灯、LED等常见光源辐射本质上都属于自发辐射。

自发辐射中，各个原子在自发跃迁过程中是彼此无关的，不同原子产生的自发辐射光在频率、相位、偏振方向及传播方向都有一定的任意性。

在没有外来作用的情况下，处于激发态的原子自发地向低能态或基态跃迁时辐射光子的现象。

一般光源的发光过程多属发光原子的自发辐射过程

量子力学体系的状态在外界作用下发生跳跃式变化的过程。原子在光的照射下从高（低）能级跳到低（高）能级的现象，就是一种量子跳跃过程。在不受光照的条件下，处于激发状态的原子在电磁场真空的作用下仍可跃迁到较低能级，称为自发跃迁。根据能量守恒定律，量子跃迁前后两状态的能量是不同的，放出或吸收一个光子，将有hv的能量差。量子跃迁是一种随机现象，具有明显的概率统计性。这是量子力学规律的根本特征。

根据能量守恒，辐射出去的能量来源于两个方面：

（1）物体自身的热量，随着辐射的过程，物体的温度要降低。

（2）其他能量的转换，如电能、生物能、其他热能等。

3.2 受激接收

受激吸收是处于低能级El的原子，受到外来光子的激励下，在满足能量恰好等于低、高两能级之差ΔE时，该原子就吸收这部分能量。

这为后续自发辐射或受激发射创造了条件。

3.3 受激辐射

受激辐射，即处于激发态的发光原子在外来辐射场的作用下，向低能态或基态跃迁时，辐射光子的现象。此时，外来辐射的能量必须恰好是原子两能级的能量差。受激辐射发出的光子和外来光子的频率、位相、传播方向以及偏振状态完全相同。这是与自发辐射从高能态向低能态跳转时发出的光子在频率、相位、偏振方向及传播方向都有一定的任意性是完全不同的。

受激辐射是产生激光的必要条件，如下图所示：

3.4 粒子数反转（population inversion）

粒子数反转是激光产生的前提。

两能级间受激辐射几率与两能级粒子数差有关。在通常情况下，处于低能级E1的原子数大于处于高能级E2的原子数，这种情况得不到激光。为了得到激光，就必须使高能级E2上的原子数目大于低能级E1上的原子数目，因为E2上的原子多，发生受激辐射，使光增强（也叫做光放大）。为了达到这个目的，必须设法把处于基态的原子大量激发到亚稳态E2，处于高能级E2的原子数就可以大大超过处于低能级E1的原子数。这样就在能级E2和E1之间实现了粒子数的反转。

激光：原子中的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级，再从高能级回落到低能级的时候，所释放的能量以光子的形式放出。被引诱（激发）出来的光子束（激光），其中的光子光学特性高度一致。因此激光相比普通光源单色性、方向性好，亮度更高。

激光系统可分为连续波激光器和脉冲波激光器。

第4章 激光的发展历史

4.1 关键节点

（1）能量是一份份的

任何物体都具有不断辐射、吸收、反射电磁波的性质。辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布。这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称之为热辐射。

为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们定义了一种理想物体——黑体（black body），以此作为热辐射研究的标准物体。

黑体：在任何条件下，对任何波长的外来辐射完全吸收而无任何反射的物体，即吸收比为1的物体。所谓黑体是指入射的电磁波全部被吸收，既没有反射，也没有透射（当然黑体仍然要向外辐射）。

理想黑体可以吸收所有照射到它表面的电磁辐射，并将这些辐射转化为热辐射，其光谱特征仅与该黑体的温度有关，与黑体的材质无关。

 （2）光量子

 （3）能级与光子

4.2 激光的大事

1917年：爱因斯坦提出“受激发射”理论，一个光子使得受激原子发出一个相同的光子。

1953年：美国物理学家Charles Townes用微波实现了激光器的前身：微波受激发射放大（英文首字母缩写maser）。

1957年：Townes的博士生Gordon Gould创造了“laser”这个单词，从理论上指出可以用光激发原子，产生一束相干光束，之后人们为其申请了专利，相关法律纠纷维持了近30年。

1960年：美国加州Hughes 实验室的Theodore Maiman实现了第一束激光。

1961年：激光首次在外科手术中用于杀灭视网膜肿瘤。

1962年：发明半导体二极管激光器，这是今天小型商用激光器的支柱。

1969年：激光用于遥感勘测，激光被射向阿波罗11号放在月球表面的反射器，测得的地月距离误差在几米范围内。

1971年：激光进入艺术世界，用于舞台光影效果，以及激光全息摄像。英国籍匈牙利裔物理学家Dennis Gabor凭借对全息摄像的研究获得诺贝尔奖。

1974年：第一个超市条形码扫描器出现。

1975年：IBM投放第一台商用激光打印机。

1978年：飞利浦制造出第一台激光盘（LD）播放机，不过价格很高。

1982年：第一台紧凑碟片（CD）播放机出现，第一部CD盘是美国歌手Billy Joel在1978年的专辑52nd Street。

激光

1983年：里根总统发表了“星球大战”的演讲，描绘了基于太空的激光武器。

1988年：北美和欧洲间架设了第一根光纤，用光脉冲来传输数据。

1990年：激光用于制造业，包括集成电路和汽车制造。

1991年：第一次用激光治疗近视，海湾战争中第一次用激光制导导弹。

1996年：东芝推出数字多用途光盘（DVD）播放器。

2008年：法国神经外科学家使用广导纤维激光和微创手术技术治疗了脑瘤。

2010年：美国国家核安全管理局（NNSA）表示，通过使用192束激光来束缚核聚变的反应原料、氢的同位素氘（质量数2）和氚（质量数3），解决了核聚变的一个关键困难。

2011年3月，研究人员研制的一种牵引波激光器能够移动物体，未来有望能移动太空飞船。

2013年1月，科学家已经成功研制出可用于医学检测的牵引光束。

2014年6月5日美国航天局利用激光束把一段时长37秒、名为“你好，世界！”的高清视频，只用了3.5秒就成功传回，相当于传输速率达到每秒50兆，而传统技术下载需要至少10分钟。