1、 激光原理 自从美国人梅曼制造出第一台激光 器以后，到今天人们对激光并不陌生，如激光开 刀，可自动止血；全息激光照片可以假乱真；还 有激光照排、激光美容等.。激光首先是应用在 军事上。现代战争离不开激光。引言：Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 激光Laser受激辐射光放大 粒子数反转分布 激光是受激幅射的光，但还存在自发幅射和吸收，要使受激辐射超过吸收和自发辐射才能实现光放大 根据玻尔兹曼能量分布律 热动平衡下，N2N1，即处于高能级的原子数大大少于低能级的原子数粒子数的正常分布 受激辐射占支配地位粒子数反转 高能级
2、上的粒子数超过低能级上的粒子数 粒子数正常分布是：为了有效地产生激光，要改变这种分布，形成 粒子数反转的状态。E1 E2 E3 E4 能 量 N1 N2 粒子数反转状态 E1 E2 N1 N2 实现粒子数反转的条件：要有实现粒子数反转分布的物质，这种物质具有 适当的能级结构；必须从外界输入能量，使工作物质中尽可能多的 粒子处于激发态。（激励或泵浦）激励方法：光激励、电激励、化学激励 工作物质的能级结构：具有亚稳态(寿命较长)只有具有亚稳态的工作物质才能实现粒子数反转 工作跃迁 电子碰撞 碰撞转移 He、Ne原子部分能级图 光学谐振腔 输出 全反射镜（100%反射镜）部分透光反射镜（98%反射）
3、光学谐振腔 激发态原子 基态 受激辐射 自发辐射 实现粒子数反转分布的激活介质 辐射的光的位相、偏振状态、频率、传播方向是随机的。输出 全反射镜（100%反射镜）部分透光反射镜（98%反射）光学谐振腔 光学谐振腔的作用：1.使激光具有极好的方向性（沿轴线）；2.增强光放大作用（延长了工作物质）；3.使激光具有极好的单色性（选频）。工作物质：具有亚稳态能级结构 光学谐振腔：维持光振荡 激励（又叫泵浦）系统：供给能量，输出激光 激光器 He-Ne 气体激光器 自感和互感 L自感系数，单位：亨利（H）一、自感电动势 自感 由于回路自身电流发生变化时，穿过该回路自身的磁通量随之改变，从而在回路中产生感
4、应电动势的现象,称为自感现象。1.自感系数 磁通链数 自感系数与自感电动势 2)自感电动势 若回路几何形状、尺寸不变，周围介质的磁导率不变 的计算L讨论:2.总是阻碍电流的变化，所以自感电动势是反抗电流的变化,而不是反抗电流本身。L自感系数的计算步骤：S l 例1 试计算长直螺线管的自感系数。已知：匝数N,横截面积S,长度l,磁导率 S l 单位长度的自感为：例2 求一无限长同轴传输线单位长度的自感.已知：R1、R2 I I 例3 求一环形螺线管的自感。已知：R1、R2、h、N dr 2、互感系数与互感电动势、互感系数与互感电动势 1)互感系数(M)因两个载流线圈中电流变化而在对方线圈中激起感
5、应电动势的现象称为互感现象。1、互感现象 若两回路几何形状、尺寸及相对位置不变，周围无铁磁性物质。实验指出：二、互感电动势 互感 实验和理论都可以证明：2）互感电动势：互感系数和两回路的几何形状、尺寸，它们 的相对位置，以及周围介质的磁导率有关。互感系数的大小反映了两个线圈磁场的相互 影响程度。互感系数在数值上等于当第二个回路电流变化率 为每秒一安培时，在第一个回路所产生的互感电 动势的大小。互感系数的物理意义 例1 有两个直长螺线管，它们绕在同一个圆柱面上。已知：0、N1、N2、l、S 求：互感系数。0 称K 为耦合系数 耦合系数的大小反映了两个回路磁场耦合松紧的程度。由于在一般情况下都有漏
6、磁通，所以耦合系数小于1。在此例中，线圈1的磁通全部通过线圈2，称为无漏磁。在一般情况下 例2.如图所示,在磁导率为的均匀无限大磁介质中,一无限长直载流导线与矩形线圈一边相距为a,线圈共 N匝,其尺寸见图示,求它们的互感系数.解:设直导线中通有自下而上的电流I,它通过矩形线圈的磁通链数为 互感为 互感系数仅取决于两回路的形状,相对位置,磁介质的磁导率 I dr 电磁感应定律 电 流 磁 场 电磁感应 感应电流 1831年法拉第 闭合回路 变化 实验 产生 产 生?问题的提出 一.电磁感应现象 R 1 2 G m 当回路 1中电流发生变化时，在回路2中出现感应电流。S 当通过闭合导电回路的磁通量
7、变化时，回路中就会有电流产生。电动势 形成 产生 二、电磁感应定律 导电回路中产生的感应电动势的大小，与穿过导电回路的磁通量对时间的变化率成正比。感应电动势的方向 楞次定律 感应电动势大小 在t1到t2时间间隔内通过导线任一截面的感应电量 对N匝线圈 磁通链数 感应电流 三、楞次定律(判断感应电流方向)感应电流的效果反抗引起感应电流的原因 导线运动 感应电流 阻碍 产生 磁通量变化 感应电流 产生 阻碍 闭合回路中感应电流的方向，总是使感应电流激发的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化。判断感应电流的方向：1、判明穿过闭合回路内原磁场 的方向；2、根据原磁通量的变化 ,按照楞次定律的要求确定感 应电流的磁场的方向；3、按右手定则由感应电流磁场的 方向来确定感应电流的方向。m.,sin210ihllabcdtii动势求线圈中产生的感应电已知：，共面矩形线圈流例：无限长直导线中电在无限长直载流导线旁有相同大小的四个 矩形线圈，分别作如图所示的运动。判断回路中是否有感应电流。思 考 线圈内磁场变化 两类实验现象 感生电动势 动生电动势 产生原因、规律不相同 都遵从电磁感应定律 导线或线圈在磁场中运动 感应电动势