对激光原理的初步了解

光电子技术课程，这门课是光与电的交叉学科，光的基础课程是激光原理，半导体专业的基础课程是半导体物理。所以在课前，我们需要简单了解一些激光原理的知识。
1.激光器的三个组成部分：
①激光工作物质(又称增益介质，工作物质)
②光学谐振腔
③激励能源(pump,泵浦)
2.制造出各种激光器的关键是粒子数反转。
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。要想得到激光，就要设法使处于高能级E2的原子数大于处于低等级E1的原子数。该过程称为粒子数反转。

接下来学习了相关性的光子描述：
光子的运动质量可用 $m= \frac{h\nu }{c^{2}}$ 算出。光子静止时是没有质量的，这一点可以由测不准原理（粒子的质量和位置不能同时被测定）得出，由于这时光子的位置是确定的，所以它的质量也就没有意义了。

光子的自旋量子数是整数，这是光子与电子不同的地方。一个相格很小 $\Delta x\Delta y\Delta z\Delta P_{x}\Delta P_{y}\Delta P_{z}\approx h^{3}$ ,在波矢空间中，一个光波模式所占的体积 $\Delta k_{x}\Delta k_{y}\Delta k_{z}= \frac{\pi ^{3}}{\Delta x\Delta y\Delta z}=\frac{\pi ^{3}}{V}$ 。单位频率间隔的模式数 $n_{\nu }= \frac{8\pi \nu ^{2}}{c^{3}}$ ,在推导爱因斯坦关系式时要用。

光子的相干性：在不同的空间点上、在不同的时刻的光波场的某些特性（例如光波场的相位）的相干性。相格的空间体积等于相干体积。

光子的简并度：处于同一个光子态的光子数。①同态光子数，同一模式内的光子数。②处于相干体积内的光子数。③处于同一相格内的光子数。

接下来介绍了光和物质(原子、分子、离子，统称粒子)相互作用的三种过程：自发辐射（Spontaneous Emission），受激吸收（Stimulated absorption），受激辐射（Stimulated Emission）。

1.自发辐射（Spontaneous Emission）

特征：随机发光,发出的光子不相关（相位，传播态，偏振方向是随机的），发出光子的能量分布在许许多多个模式上。

自发辐射几率(Spontaneous transition rate)， $A_{21}$ 指的是能级2 $\rightarrow$ 1跃迁的特征参数。 $A_{21}= \frac{1}{\tau _{s}}$

受激跃迁中，受激频率为 $\nu = \frac{E_{2}-E_{1}}{h}$ 的光场作用，受激辐射的光子具有完全相同的相位、偏振态和传输方向。

2.受激吸收（Stimulated absorption）

受激吸收几率 $W_{12}= B_{12}\rho _{\nu }$

3.受激发射（Stimulated Emission）

受激发射几率 $W_{21}= B_{21}\rho _{\nu }$

单色能量密度 $\rho _{\nu }= \frac{8\pi \nu ^{2}}{c^{3}}\frac{h\nu }{e^{\frac{KT}{h\nu }}-1}$

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