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光子(photons) 定义：光能量的量子。 相关词条：非经典光受激辐射光子计数声子自发辐射 当一束很弱的光束进入一个很灵敏的光电探测器，可以发现能量是以小束的形式传播的，而不是连续的。这可以解释成光束包含了一束束的能量，称为量子或者光量子。光子能量为h ν = h c / λ，即普朗克常数h与光频率ν的乘积。在二十世纪，Max Planch处理热辐射问题中就采用了光包含能量束的观点，Albert Einstein在研究光电效应时也利用了这一观点。光子则是在1926年物理化学家 Gilbert N. Lewis定义的。  将光子看做光的粒子可以帮助理解许多量子现象，但是如果不了解其限制因素则很容易得出错误的结论。现代量子光学给出了非常自洽的、但是不是很简洁的对光的本性的描述。这里将光子看做量子化电磁场的元激发。这一理论框架下光子的性质比较特别，不能采用简单的粒子图像或者纯波动图像来解释。  光子的一些关键性质  量子理论不仅能应用到可见光中，它还可以应用到任意的电磁波现象中。但是在射频技术中，量子效应并不像在光学和激光器技术中这么重要。这是因为射电波的光子能量与其室温下的热能相比很小，而光学现象中则刚好相反。  在激光物理中，常见的现象是光子在介质中传播，例如，透明晶体或者玻璃，以及激光增益介质。这时严格来说称为光子就不合适了，因为电磁波会与介质发生相互作用，因此传播的是准粒子，有时称为极化激元，类似于电磁场的激发态与极化介质耦合的产物。 

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定义：将两个偏振激光光束合在一起的技术。 相关词条：亮度激光辐射的偏振合束相干合束 偏振合束（或者偏振耦合）是将两线偏振激光光束合在一起的技术。  非相干偏振合束  非相干合束是较简单的情形。例如，两个大面积的激光二极管的出射光束中，一个是垂直偏振，另一个为水平偏振，将光束射向薄膜偏振片后，一束光被反射，而另一束光透射，并且两束光的传播方向是相同的。因此，可以得到非偏振光束，功率是两入射光束的和（忽略寄生损耗），光束质量与入射光束相同。因此，光束的亮度加倍。  这一技术通常用于端泵浦固态激光器中。只有当激光晶体可以同时吸收两个方向的泵浦光时才能实现。Nd:YAG就是此种情况，而[[Nd:YVO4]]则不是。  非相干偏振合束不能认为是功率缩放的方法，因为它不可重复：它需要入射光束是偏振的，但是得到的出射光束是非偏振的。  相干偏振合束  如果将两个相干的光束进行偏振合束，可以得到线偏振的输出光。假设两入射光功率是相等的，得到的输出光的偏振态与任一入射光束偏振方向之间的夹角都是 45°。这一方法是相干光束合成的一种。、  由于出射光是线偏振的，相干偏振合束可以重复多次。因此该技术适宜于功率缩放。 

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定义：光速在介质中减小的因子。 相关词条：有效折射率群速度折射率折射Sellmeier公式光速非线性指数 透明介质的折射率，是相速度vph相对于真空光速减小的因子：  这里假设平面波是线性传播的（光强比较低）。折射率通过相速度决定界面处的折射，反射和衍射现象。  介质中光的波长等于真空波长的n分之一。  根据材料的相对介电常数 ε 和相对磁导率 μ可以计算其折射率：  需要注意的是，这里ε和μ是处于光频率时的值，与其在低频时的值差别很大。普通的光学材料的磁导率约为1。  材料中折射率与光频率或波长有关的现象称为色散。普通的玻璃和晶体（例如，激光晶体）在可见光区域的折射率范围是1.4-2.8，并且波长越短时，折射率会增加（正常色散）。这是以下现象的一个结果，可见光区域（介质具有很大的透射率），在两个强吸收区域之间：紫外光区域光子能量大于带隙，而近红外或中红外光区域会发生振动共振。  图1：二氧化硅在温度分别为0 °C（蓝色），100 °C（黑色）和200 °C（红色）时折射率（实线）和群速度（虚线）随波长的变化。  半导体在透明区域具有更大的折射率。例如，砷化镓的折射率在1微米时约为3.5。这是由于当波长小于带隙波长（约870nm）时，发生强吸收现象。高折射率的结果就是菲涅尔反射很强，并且在半导体-空气界面处的全反射角比较大。  透明光学材料中折射率与波长有关的现象可以由Sellmeier方程描述，方程包含一些经验得到的参数。该方程的拓展版本可以描述温度特性，图1中即采用了这一方程。在非线性晶体材料中发生的非线性频率转换中的相位匹配需要知道折射率随温度和波长变化的具体情况。  在非各向同性介质中，折射率与偏振方向（参阅双折射）和传播方向（非各向同性）有关。如果介质具有光轴，光在该轴上传播时折射率与偏振方向无关。  复折射率不仅可以定量表示单位长度的相位变化，还可以表示（虚部）光学增益或传播损耗（例如，由于吸收产生）。  还有一种折射率为群折射率，可以量化群速度的减小。在共振情况下折射率会与群折射率差别很大，这在有些量子光学实验中可以看到。在群速度非常大或者非常小时会用到（慢光）。  有些光子超材料（通常包含金属-介电复合材料）可以实现负折射率，最早是在微波区域实现，现在光学领域也得到了。负折射率会引起很多非常规的现象。例如，在真空与该介质界面处的折射光束与入射光束位于法线的同一侧。  在波导中，每一个传播模式都对应一个有效折射率，与其相速度相关。

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定义：波长小于约400nm的不可见光。 相关词条：红外光准分子激光激光安全倍频非线性频率转换 紫外光是波长小于约400 nm（可见光波长的下限）的光。  区分不同光谱区域有几种不同的定义：  UV光具有很多的用途，例如UV消毒水和工具，UV固化胶黏剂，控制许多材料质量和激发荧光。  目录 紫外光的主要性质  紫外光在下面两个方面与可见光不同：  产生紫外光  激光器产生紫外光面临很多问题，但是还是有一些紫外激光器可以直接产生UV光：一些体激光器（例如，采用掺铈晶体， Ce:LiCAF），光纤激光器，激光二极管（大多数采用GaN），染料激光器，准分子激光器和自由电子激光器。另一种产生紫外光的方式是将近红外激光器的输出光进行非线性频率转换。参阅紫外激光器得到更多细节。  尤其是在EUV区域，通常采用气体放电（例如，氙气或锡蒸汽）或激光诱导等离子体来产生几瓦特甚至几十瓦特的高功率的UV辐射。但是，这种光源不是相干的。  有时紫外光不是由激光器产生的。尤其重要的是气体放电灯（例如，水银管），另外发光二极管（UV LEDs）也应用很广泛。  UV光学  对待UV光时，需要特殊的UV光学理论。UV应用中重要的材料参数是低泡和夹杂物含量，折射率很好的均匀性，双折射很小，表面很光滑。尤其是应用强UV激光器时，长期抗紫外线强度也很重要。在纯的氟化钙中需要用到UV光学，该材料具有很低的UV吸收，很高的均匀性，低双折射，高硬度（与其它氟化物材料相比），高稳定性和高损伤阈值。可以在低于160nm时使用，因此可用于氟化氩准分子激光器。但是它是易碎的，非各向同性的，并且吸湿。它的替代物是UV级的熔融二氧化硅，可以用于波长小于200nm时，而便宜的标准的熔融二氧化硅在小于260nm时具有很大的损耗。另一个可用的材料是钻石，它在小于230nm时是透明的，但是非常昂贵。  有些光纤可以用于近紫外光谱区域，但是传播损耗相对比较高。用光纤传输紫外光在波长较短或者功率更高的情况下都是不可行的。  在EUV区域，几乎所有的固体材料都有强烈的吸收，空气中在小于200nm时也会产生很强的衰减，因此真空UV或EUV用于光刻时需要在真空条件下。布拉格反射镜可以在EUV区域，采用钼/硅（Mo/Si）结构制备，在12nm处可以得到约70%的反射率。由于其反射率有限，因此需要改变EUV光学结构设计得到最小数目的反射表面。  安全隐患  紫外光对眼睛（尤其是在250-300nm）和皮肤（尤其在280-315nm）都是有伤害的，它会引起白内障或角膜炎，除了引起色素沉积和红斑外，还会引发皮肤癌。而小剂量不足以引起急性反应的，也会加速皮肤的老化。因此，如果采用UV光工作，尤其是UV激光器，需要特殊的激光防护措施。例如，开放光学装置中的UV光束需要采用一些金属管封闭。

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定义：记录光谱的装置。 相关词条：色散衍射光栅光谱自外差线宽测量频谱干涉波长计 光谱仪是一种用来记录光源光谱的仪器。即它测量光的功率谱密度（PSD）随波长或频率变化的方程。不是所有的光谱仪都能给出经过校准的PSDs；通常强度是没有校准的，校准因子（响应度）是与波长有关系的。  采用频谱干涉方法不仅可以得到功率谱密度还可以得到光谱相位。  目录 采用衍射光栅和棱镜的光谱仪  许多光谱仪采用一个或多个衍射光栅得到的与波长有关的衍射效应，或者一个或多个棱镜得到随波长变化的折射。在光束进入光栅或棱镜之前入射光需要是准直的。通过色散器件后，不同波长的成分传播方向略有不同。然后它们经过一些其它光学器件最终进入光电探测器。  在扫描光谱仪中，探测器可以是光电二极管或光电倍增管，放置在窄缝后面，这样每次只有很窄波长范围的光能到达探测器。可以改变窄缝位置，或者光栅、棱镜的指向从而能够扫描某一特定波长范围的光，这里假设入射光的PSD在该时间内是不变的。这时光学装置的功能类似于可调谐的单色仪。图1是常见的Czerny-Turner单色仪的设计图。如果光谱很宽并且扫描的分辨率很高，并且假如探测器相应不够快，那么整个光谱的采集时间会很长。  图1：Czerny-Turner单色仪设计图。进入窄缝的光通过曲面镜准直，然后经过衍射光栅产生随波长变化的偏转，然后经过另一个曲面镜重新聚焦。对于某一指向的衍射光栅的情况，只有很窄范围内波长的光可以通过出射狭缝。（图中的射线对应于该波长范围。）整个装置放置在一个箱子中，包含额外的孔径和黑色外罩为了使杂散光最小。  如果采用非扫描光谱仪，光谱采集时间会极大缩短，此时采用的是空间分辨探测器，可以同时探测所用的波长成分。例如，探测器可以是CCD摄像头芯片。  有些光栅光谱仪非常小，宽度只有几厘米。但是如果要实现很好的性能，即很高的分辨率和灵敏度，则需要较大的装置。  干涉光谱仪  干涉光谱仪通常具有很高的光谱分辨率，但是光谱范围很窄：  光谱仪记录光谱细节  根据采用的光谱仪，需要观察一些不同的量： — 入射光需要进入宽度可变的入射狭缝。为了得到最高的光谱分辨率，窄缝需要足够窄，但是这会减小透射功率，因此提高噪声，增大采集时间，尤其是光源亮度比较低时。有些光谱仪采用光纤输入光，可以采用多模光纤或者单模光纤。多模光纤易于收集光，但单模光纤能实现最好的光谱仪性能。 — 衍射光栅通常都是应用一级衍射，但是有时为了得到更高的光谱分辨率需要用到高级衍射。不管是何种情况，都存在其他级衍射的影响问题。如果遇到很难解释的光谱性质，可以看是否来自于这一问题。 — 光谱仪的响应与偏振有关，因为光栅的衍射效率或者棱镜反射损耗都与偏振有关。 — 用户需要校准光谱仪。在校准波长时，可以采用发射确定波长光谱的放电灯。在整个波长范围内校准响应度比较困难。可以采用具有已知灯丝温度或校准光谱的白炽灯。  极限光谱区域光谱仪  通常光谱仪工作在可见光区域，红外光或者还可能工作在紫外光区域。还有的光谱仪可以工作在极限光谱区域，例如，极紫外（EUV）或者X射线区域，其中波长只有几nm。这种光谱仪可能采用间距非常小的衍射光栅，或者在X射线区域时甚至采用单个晶体，利用原子大小的周期性结构。而光电探测器，则可以采用X射线CCD摄像机或者多通道探测器（MCP）（参阅光电倍增管）。 

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定义：是指物质吸收光子（或电磁波）后重新辐射出光子（或电磁波）的过程。从量子力学理论上，这一过程可以描述为物质吸收光子跃迁到较高能级的激发态后返回低智态，同时放出光子的过程。光致发光是多种形式的荧光（Fluorescence）中的一种。 相关词条：荧光效应      光致发光是一种探测材料电子结构的方法，它与材料无接触且不损坏材料。光直接照射到材料上，被材料吸收并将多余能量传递给材料，这个过程叫做光激发。这些多余的能量可以通过发光的形式消耗掉。由于光激发而发光的过程叫做光致发光。光致发光的光谱结构和光强是测量许多重要材料的直接手段。       光激发导致材料内部的电子跃迁到允许的激发态。当这些电子回到他们的热平衡态时，多余的能量可以通过发光过程和非辐射过程释放。光致发光辐射光的能量是与两个电子态间不同的能级差相联系的，这其中涉及到了激发态与平衡态之间的跃迁。激发光的数量是与辐射过程的贡献相联系的。       光致发光可以应用于：带隙检测，杂质等级和缺陷检测，复合机制以及材料质量鉴定。

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