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当我们看到物体时，实际上是看到了光
光以某种方式离开物体，到达人的眼睛。我们还会在发光的物体上看到光，如电灯泡、激光器、萤火虫和太阳。本文将带你了解光波如何产生、光如何传播，以及怎样用光解释颜色的来源。无色，我们称之为白光。虽然我们能看见这种光，但白光并没有纳入可见光谱。因为白光不是单色或单频光，而是由多种色频组成。当阳光穿过装有水的玻璃杯并射在墙上时，墙上就会出现一道彩虹。发生这种情况的可能性..
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光学扫盲知识汇集
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【精品专业论文】L波段可调谐环形腔掺铒光纤激光器,精品专业论文,通信工程,数据传输,网络传输,吉林大学,清华大学
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L波段可调谐环形腔掺铒光纤激光器
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3秒自动关闭窗口对于大量原子统计平均来说，从E2经自发辐射跃迁到；?dn2?A21n2dt(6)；比例系数A21称为爱因斯坦自发辐射系数，简称自发；A21??1dn2(7)n2dt；由此可见A21的物理意义为单位时间内，发生自发辐；将上式重新整理解方程得：n2(t)?n20e?A；式中n20为t=0时处于能级E2的原子数密度；定义原子自发辐射平均寿命为原子数密度由起始值降到
对于大量原子统计平均来说，从E2经自发辐射跃迁到E1具有一定的跃迁速率。用n2表示某时刻处在高能级E2上的原子数密度（即单位体积中的原子数），用?dn2表示在dt时间间隔内由高能级E2自发跃迁到低能级E1的原子数，则有：
?dn2?A21n2dt
比例系数A21称为爱因斯坦自发辐射系数，简称自发辐射系数，它是粒子能级系统的特征参量，及对应每一种粒子中的两个能级就有一个确定的A21的值。上式可改写为：
由此可见A21的物理意义为单位时间内，发生自发辐射的粒子数密度占处于E2能级总粒子数密度的百分比。
将上式重新整理解方程得：n2(t)?n20e?A21t
式中n20为t=0时处于能级E2的原子数密度。上式表明如果无外界能源补充，则由于自发辐射，激发态的原子数密度将随时间作指数衰减。
定义原子自发辐射平均寿命为原子数密度由起始值降到e所用的时间，用?表示，则有：??A21。即能级寿命等于自发辐射几率的导数。
当自发辐射几率已知时，某时刻自发辐射光功率体密度为： q21?n2A21hv
（2）受激辐射
受激辐射：当受到外来的能量hv?E2?E1的光照射时，高能级E2上的原子受到外来光的激励作用向低能级E1跃迁，同时发射一个与外来光子完全相同的光子。这种原子发光的过程叫作受激辐射。
受激辐射的特点是：①只有外来光子的能量hv?E2?E1时，才能引起受激辐射。 ②受激辐射所发出的光子与外来光子的特性完全相同，即频率、相位、偏振方向相同，传播方向相同。
受激辐射的结果使外来光强得到放大，即光经受激辐射后，特征完全相同的光子数增加。光的受激辐射过程是产生激光的基本过程。
光的受激辐射过程
设外来光的光场单色能量密度为?v，处于能级E2上的原子数密度为n2，在从t到t?dt的时间间隔内，有?dn2个原子由于受激辐射作用，从能级E2跃迁到E1，则有：
?dn2?B21n2?vdt
比例系数B21称为爱因斯坦受激辐射系数，简称受激辐射系数，它是原子能级系统的特征参量。令W21?B21?v，则有W21?B21?v??1dn2，则W21称作受激辐射跃迁几率。 n2dt
受激辐射跃迁几率W21与自发辐射跃迁几率不同。自发辐射跃迁几率是 自发辐射系数本
身，而受激辐射跃迁几率决定于受激辐射系数与外来光单色能量密度的乘积。
（3）受激吸收
光的受激吸收是光受激辐射反过程。处于低能级E1的原子受到外来光子（能量
??hv?E2?E1）的激励作用，完全吸收光子的能量而跃迁到高能级E2的过程，叫做受激吸收。
光的受激吸收过程：
设外来光的光场单色能量密度为?v，处于低能级E1上的原子数密度为n1，在从t到t?dt的时间间隔内，由于吸收使高能级E2上粒子数密度的增加为dn2，则有：
dn2?B12n1?vdt
式中比例系数B12称为爱因斯坦受激吸收系数，简称受激吸收系数，它是原子能级系统的特征参量。令W12?B12?v，则有W12?B12?v?1dn1，则W12称作受激吸收几率。 n1dt
（4）自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系
在光和大量原子系统的相互作用中，自发辐射、受激辐射和受激吸收三种过程是同时发生的。在单色能量密度为 ?v的光照射下，dt时间内在光和原子相互作用达到动态平衡的条件下有：
A21n2dt?B21n2?vdt?B12n1?vdt
式中A21称为爱因斯坦自发辐射系数，简称自发辐射系数；B21称为爱因斯坦受激辐射系数；B12称为爱因斯坦受激吸收系数。
上式表明单位体积中，在dt时间内，由高能级E2通过自发辐射和受激辐射而跃迁到低能级E1的原子数应等于低能级E1吸收光子而跃迁到高能级E2的原子数。
设高能级E2（简并度为g2）的原子数密度为n2，低能级E1（简并度为g1）的原子数密度为n1，则有玻尔兹曼分布定律
?n2g2?en1g1E2?E1kT ?e?hvkT
将（14）式代入（13）式得：
g?(B21?v?A21)2ekT?B12?v
解得热平衡空腔的单色辐射能量密度为： hv
(16) hvB21B12g1kTe?1B21g2
kT8?hv3将（16）式与普朗克理论所得黑体单色辐射能量密度公式?v?c3
斯坦各系数之间的关系为：
比较得爱因?1
A21B21?8?hv3c3
g1B12?g2B21
则自发辐射光功率与受激辐射光功率之间的关系为：
q激hv?n2(t)B21?vB21?vc3?v???
(19) 3q自hv?n2(t)A21A218?hv
二、谱线性质
1、光谱线、线型和光谱线宽度
由于原子发光是有限波列的单频光，因而原子发光的光谱线具有有限宽度。这就意味着原子发射的不是正好为某一频率v0（满足hv0?E2?E1）的光，而是发射频率在v0附近某个范围内的光，而且就每一条光谱线而言，在有限宽度的频率范围内，光强的相对强度也不同。
设某一条光谱线的总光强为I0,在频率v附近单位频率间隔的光强为I(v)，则在频率v附近单位频率间隔的相对光强为I(v)I0，用f(v)表示，即：f(v)?I(v)I0，f(v)为频率v的函数，它表示某一谱线在单位频率间隔的相对光强分布，称作谱线的线型函数。其实验测得图像如图1所示：
图2.1 光谱线型函数曲线
由图1可以看出理想的单色光只有一种频率，且在该频率处的相对光强为1，即光强完全集中在此频率，实际中光强分布在一个有限宽度的频率范围内，相对光强在v0处最大，两边逐渐减小，v0是谱线的中心频率。对于谱线的线性函数f(v)有??
0f(v)dv?1I0??0I(v)dv?1
即f(v)满足线性归一化条件。由图可以看出，在v1或v2处11f(v0)。通常定义?v?v2?v1，即相对光强最大值的处的频率间隔，22有f(v1)?f(v2)?
叫做光谱线的半（值）宽度，简称光谱线宽度。
引起谱线增宽的原因主要有自然增宽、碰撞增宽和多普勒增宽。
2、自然增宽
自然增宽是指作为电偶极子看待的原子作衰减振动而造成的谱线增宽。假设原子彼此孤 立并且静止不动，由于电偶极子的衰减振动可展开成频率在一定范围内连续变化的简谐波，所以光强在谱线范围内随频率的分布为：
I(v)?u(v)2?U0
(20) 2224?(v?v0)?(1/2?)
则单位频率间隔的相对光强随频率分布函数fN(v)为：
(21) 2224?(v?v0)?(1/2?)
式中v0为谱线的中心频率，A为比例常数,fN(v)为自然增宽的线型函数。由线性归一化条件的比例常数A?1/?（?为原子自发辐射的平均寿命）。由此可得自然增宽的谱线线型函数为：fN(v0)??4?
(22) 2(1/2?)
； (1/2?)2当v?v0时，fN(v0)?
当v?v1?v0?111和v?v2?v0?时，fN(v)?fN(v1)?fN(v2)?2? ? fN(v0)
2??,?vN是fN(v)的值降至其最大值的由此?vN?v2?v1?1时所对应的两个频率之差，2
称作原子谱线的半值宽度也叫自然增宽。
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窄线宽激光器线虚拟测试系统设计.pdf46页
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窄线宽激光器线虚拟测试系统设计
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摘 要 窄线宽激光器有着非常重要的应用前景，因此它的发展相当迅速，kHz量级的激
光器已很普遍，目前低于IkHz的激光器也已经商业化。对于超窄线宽的信号源来说，
其线宽 FWHM 是一项重要的指标。许多测试系统都对激光器的线宽特性有着非常严格
的要求，如在光纤干涉测速系统，光纤测温，应力应变测量及远距离的相干探测等测
量系统中，激光器的线宽特性对整个系统的性能起着决定性作用。因此，对这类激光
器的线宽进行测量是一项非常重要并且有意义的工作。 本文概述了激光器的线宽理论，介绍了几种窄线宽测量技术，其中对延迟光纤自外
差法进行了深入研究，并讨论了延迟光纤长度对延迟自外差线宽测量结果的影响。在
此基础上，设计了一种基于虚拟仪器技术的激光器线宽自动测试系统。该测试系统硬
为开发平台，可以采集光电流时域信号，经处理得到光电流的功率谱密度曲线，另外
还可以对光电流功率谱密度曲线进行洛仑兹拟合，根据拟合曲线计算出待测激光器的
实际线宽。利用该系统对实验室一台IPG的窄线宽激光器进行了测试，实验结果表明，
该系统响应快，精度高，运行可靠，并且目前关于激光谱线宽度的专用自动测试系统
未见文献报道。因此该系统具有良好的工程应用意义。
关键词：线宽测量；虚拟仪器；LabvIEW；测试系统 Abstract have thatthe of Narrowlinewidthlasers prospect，SO development goodapplication accelerate kHz
lasersandlaser
withall narrowlinewidth veryrapidly．The systems extremely thanlkHzlinewidth linewidthlaserhasbeen fiber
magnitude’S verycommon．Recently，less characteroflaserlinewidthisan
lasershavebeencommercialized．The importantparameter
tothe sourcewithnarrowlinewidh．Inmeasurement asf
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冷原子体系在量子信息中应用
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