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激光的理论基础直到二十世纪初，人们才在实验的基础上揭开了原子结构的奥秘。
原子结构像是一个小小的太阳系，中间是原子核，电子围绕原子核不停地旋转，同时也不停地自转。
原子核集中了原子的绝大部分质量，但却只占有很小的空间。
原子核带正电，电子带负电，一般原子核与电子所携带的正负电荷数量相等，因此对外呈中性。
电子绕核旋转具有一定的动能，同时负电荷的电子与正电荷的原子核之间存在着一定的位能。
所有电子的动能与位能之和就是整个原直到二十世纪初，人们才在实验的基础上揭开了原子结构的奥秘。
原子结构像是一个小小的太阳系，中间是原子核，电子围绕原子核不停地旋转，同时也不停地自转。
原子核集中了原子的绝大部分质量，但却只占有很小的空间。
原子核带正电，电子带负电，一般原子核与电子所携带的正负电荷数量相等，因此对外呈中性。
电子绕核旋转具有一定的动能，同时负电荷的电子与正电荷的原子核之间存在着一定的位能。
所有电子的动能与位能之和就是整个原子的能量，称为原子的内能。
这种原子模型是1911年由英国科学家卢瑟福提出的。
紧接着，1913年，丹麦物理学家玻尔提出了原子只能处于由不连续能级表征的一系列状态——定态上，这与宏观世界中的情况大不相同。
人造卫星绕地球旋转时，可以位于任意的轨道上，也就是说可具有任意的连续变化的能量。
而电子在绕核运动时，却只能处于某些特定的轨道上。
从而原子的内能不能连续的改变，而是一级一级分开的，这样的级就称为原子的能级。
不同的原子具有不同的能级结构。
一个原子中最低的能级称为基态，其余的称为高能态，或激发态。
原子从高能态E2过渡到低能态E1时，会向外发射某个频率为ν的辐射，满足普朗克公式：hv = E1 - E2式中h为普朗克常数。
反之，该原子吸收频率为ν的辐射时，就会从低能态E1过渡到高能态E2。
爱因斯坦在玻尔工作的基础上于1916年发表《关于辐射的量子理论》。
文章提出了激光辐射理论，而这正是激光理论的核心基础。
因此爱因斯坦被认为是激光理论之父。
华中科技大学硕士学位论文三种激光冷却机制的理论分析姓名：***申请学位级别：硕士专业：理论物理指导教师：***20070202摘 要激光冷却广泛运用于科学技术中，比如波色-爱因斯坦凝聚的研究、广义相对论的验证、原子频标和原子干涉仪的研制等。
在光学粘胶中冷却原子，可达到多普勒冷却极限温度。
这时，再通过减弱激光强度和增大失谐量来继续冷却原子，能使其温度低于多普勒冷却极限。
要对原子进行深度冷却，即要突破反冲极限温度，可利用选择速度的方法，挑选出窄速度分布的原子。
虽然牺牲掉一部分原子，却得到单一速度的原子，故原子的温度就比较低。
本文主要讨论了三种冷却机制：多普勒冷却机制、亚多普勒冷却机制和亚反冲冷却机制。
多普勒冷却是基于光子的辐射压力来使原子减速；亚多普勒冷却是基于运动诱导造成的偏振梯度力使原子减速；亚反冲冷却是基于对原子的速度选择来获得单一速度分布原子，其可分为相干布陷冷却和拉曼激光冷却。
本文计算了速度选择的受激拉曼跃迁的三能级方程运动解析解。
得到了利用拉曼激光可以选择出特定速度分布的原子的结论。
首先利用半经典理论，作偶极近似，讨论了三能级原子系统和双光子的拉曼激光相互作用过程，在波函数中加入了速度参量，得到了三能级系统的演化方程。
然后，在弱场和大失谐条件下，把三能级方程退化为二能级方程。
最后用代换法把二能级方程化为常系数方程，得到了方程的解，理论结果和实验基本吻合。
本文还系统总结了一些其它文献中比较模糊的概念，比如相互作用哈氏量中磁场分量的忽略、激光选可见光、旋波近似等。
关键词：多普勒冷却，亚多普勒冷却，亚反冲冷却，相干布陷，拉曼激光，偏振梯度AbstractLaser cooling is widely applied in science and technique, such as Bose-Einstein condensation, verification for general relativity theory, atomic frequency scale and atomic interferometer etc. The temperature of atoms in the optical molasses could be cooled to the Doppler limit, and through weakening the laser intensity and increasing the detuning of the laser from the resonant frequency, the atoms could be further cooled below the Doppler limit. By velocity selection, one could get an atomic source with a narrow distribution in velocity and challenge the recoil limit temperature. Although some parts of the atoms are lost, the temperature of the remaining atoms, which have a uniform velocity, is quite low compared to the former.It discusses three mechanisms of laser cooling in this paper: the Doppler cooling mechanism, the Sub-Doppler cooling mechanism and the Sub-recoil cooling mechanism. The Doppler cooling which makes atoms slowdown is based on the radiation pressure of the laser; The Sub-Doppler cooling slows atoms down on the basis of polarization gradient forces caused by motive inductions; The Sub-recoil cooling including the coherent population trapping cooling and the Raman laser cooling, gets atoms with a slice velocity distribution depended on the velocity selection.It presents the analytical solutions of the three-level equations on the velocity-selective stimulated Raman transitions in this paper, and concludes the principle of selecting atoms with a uniform velocity out of an initial distribution. In the semi-classical theory and dipole approximation, we gets the evolution equations of the interaction of the three-level atoms with the two-photon Raman laser system, and the velocity parameter are also taken into account in the wave function. For weak lasers and large detunings, the three-level equations degenerate into two-level equations. Through transforming two-level equations into constant coefficient equations by substitution it gives the solutions of them. The theoretical analysis corresponds with the experimental results generally. It also generalizes a few concepts obscure in some papers systematically, such as ignoring the magnetic field component in theinteraction Hamiltonian, the choice of visible light for laser and rotating wave approximation etc.Key Words：Doppler Cooling, Sub-Doppler Cooling, Sub-Recoil Cooling，Coherent Population Trapping, Raman Laser, Polarization Gradient.独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
半导体激光器反向电压理论说明1. 引言1.1 概述随着科技的快速发展，半导体激光器作为一种重要的光电子设备，在通信、医疗和工业领域等多个应用方面得到了广泛的应用。
反向电压作为半导体激光器中重要的参数之一，对其性能和特性有着显著影响。
因此，深入理解反向电压对半导体激光器的影响机制以及建立相应的数学模型具有重要意义。
1.2 文章结构本文主要从以下几个方面进行阐述：首先介绍半导体激光器的基本原理，包括半导体材料特性、能带理论与激射条件以及激射机制及工作原理。
然后重点探讨了反向电压对半导体激光器性能的影响，包括对阈值电流的影响、输出功率的影响以及波长和谱线宽度的影响。
接下来将详细展开理论说明与数学模型分析部分，包括PN结和反向电压关系分析、基于物理效应的半导体激光器反向电压模型建立以及稳态与动态响应的分析与模拟。
最后，通过总结和归纳，给出本文的结论。
1.3 目的本文旨在详细说明反向电压对半导体激光器性能和特性的影响，并基于物理效应建立相应的数学模型进行分析。
通过本文的研究，可以更好地理解半导体激光器的工作原理以及反向电压在其中的作用机制，为进一步优化半导体激光器性能提供理论支持和参考依据。
2. 半导体激光器基本原理：2.1 半导体材料特性半导体材料常用来制造激光器，因为其具有一些特殊的电学和光学特性。
半导体材料通常由硅(Si) 或化合物半导体（如锗(Ge)、氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)等）组成。
这些材料的特点是电子在其能带中的分布与绝缘体和导体之间处于一种中间状态。
半导体材料通过添加其他元素掺杂来改变它们的电学特性，以实现更好的激射条件。
2.2 能带理论与激射条件能带理论是描述半导体行为的重要基础。
在能带理论中，半导体被描述为由价带和导带组成的能级结构。
当外部能量施加到半导体上时，电子可以从价带跃迁到较高能量的导带，产生自由载流子。
激射条件指的是产生可见光或红外光所需达到的阈值。
2.3 激射机制及工作原理在激射器内部，有一个包含负性掺杂的n型区域和一个包含正性掺杂的p型区域。
激光半经典理论概述激光是一种高度聚焦的、单色的光束，具有高亮度和相干性。
激光的产生与激光器的构造以及半导体激光器的工作原理密切相关。
本文将介绍激光的半经典理论，包括激光的产生、激光器的构造和半导体激光器的工作原理。
激光的产生激光的产生是基于电磁激发原理的。
当物质受到一定能量的激发时，会发生电子的激发和跃迁。
这种跃迁会产生一些辐射，如果这些辐射与电磁场的频率匹配，就可以被放大形成激光。
激光的产生需要具备三个条件，即：•待激发物质具有上能态和下能态。
•器件具有储存能量的能带结构。
•电磁波与储存能量的电子发生相互作用，使电子在两个能态间跃迁。
激光的产生可以分为四个阶段，即激发、寿命、放大和振荡。
这四个阶段是激光的产生过程中必不可少的环节。
激光器的构造激光器是一种器件，用于放大光波，产生激光束。
激光器的构造包括激光谐振腔、激光介质和激发装置三个部分。
激光谐振腔激光谐振腔由两个和一个或多个镜子构成，其中一个镜子为全反射镜，另一个则为半反射镜。
激光进入谐振腔后，被反射回半反射镜，再通过全反射镜反射回半反射镜，并不断地在两个镜子之间反弹，形成双向调和波。
在波的过程中，光波从激光介质中通过。
激光介质激光介质是激光器的重要组成部分，其功能是在光波的反弹过程中起到放大和锁定的作用。
激光介质是一种具有受激辐射特性的物质，在光波作用下，可释放电子能级之间的能量，进而增强光波的能量。
激发装置激发装置是激光器的能量来源，它为激光介质充能，从而产生一定的电子激发。
激发装置通常包括闪光灯、泵浦光和电容器等部件。
半导体激光器的工作原理半导体激光器是目前应用最广泛的一类激光器。
其工作原理是通过半导体材料在载流子作用下，电子和空穴与激光介质相互作用，产生光辐射放大。
半导体激光器的结构由P型半导体和N型半导体构成，中间是一个P-N结，当通过半导体激光器的时候，载流子被注入到PN结区域，形成少数载流子浓度。
然后少数载流子和激光介质相互作用产生光辐射，并通过谐振腔的反弹过程形成激光束。
