绪论激光物理进展

绪论激光物理进展主要内容绪论(激光物理进展)光得量子性光得相干性激光半经典理论原子与光场共振相互作用密度矩阵方法量子干涉效应共振荧光非线性光学:光学双稳、光散射、光学混频等量子信息等等5/2/20262LaserPhysics

M、SargentIII,M、O、Scully,W、E、Lamb,Jr、,Addison-Wesley,Reading,MA:1974注:有中文译本、科学出版社主要教材与参考书QuantumOpticsM、O、ScullyandM、S、Zubairy,CambridgeUniversityPress,19975/2/20263TheQuantumTheoryofLight

(secondedition)RodneyLoudon,OxfordUniversityPress,1983注:１、有中文译本、高等教育出版社,于良译,1992年。《高等激光物理学》(李福利,高等教育出版社)《非线性光学》(李淳飞,哈尔滨工业大学出版社)5/2/20264考核方式通过查阅书籍和文献,撰写课程论文,文字公式篇幅不少于5000字。5/2/20265第一讲绪论5/2/20266激光就是20世纪人类值得骄傲得重大发明之一。激光具有极高得亮度:其亮度比太阳得亮度高l0万倍以上。有优良得单色性和相干性:单色性比最好得普通光源高出百万倍,相干长度可达数百千米,远好于其她光源。有较好得方向性:若将一束激光射向月球(地月距离约为40万千米),到达月球表明得光斑直径不会超过2千米。5/2/20267激光物理学主要讨论激光与物质得相互作用问题,着重处理激光系统。1、熟悉激光得基本原理;2、了解应用和研究她得现状与前景;3、掌握经典理论、速率方程理论、半经典理论和量子理论等分析方法。5/2/20268激光理论介绍经典理论将光视为经典电磁场,而把介质原子看作经典谐振子,其相互作用就就是经典偶极子在光场中所作得强迫阻尼振荡,该模型简单直观,能解释某些实验现象。速率方程理论就是关于光强与反转粒子数得方程,主要解决激光光强得特性以及与光强有直接关系得若干问题,如激光器得增益饱和、瞬态特性、调Q激光动力学、多模振荡及烧孔等。5/2/20269半经典激光理论就是把光看作经典电磁场,用麦克斯韦方程描述;把介质看作量子化得粒子系统,用薛定谔方程描述,由此建立起激光得电磁场方程即兰姆自洽场方程,描述腔内激光行为。全量子理论进一步将光场量子化,并计及量子起伏,已经顺利解决了半经典理论所不能解决得激光线宽、光子统计等问题。5/2/202610一、激光诞生历史二、什么就是激光三、原子吸收光和发射光理论四、产生激光得条件主要内容5/2/202611一、激光诞生历史AlbertEinstein,1905年,光量子理论(用这个量子理论解释著名得光电效应获Nobel奖,1921年)5/2/202612大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点激光得理论基础由爱因斯坦奠定。爱因斯坦在1916年研究辐射问题时发表了《关于辐射得量子理论》一文,详细研究了光与物质得相互作用过程,特别就是吸收、自发辐射、受激辐射这三种基本作用形式,导出了著名得爱因斯坦关系式,使受激辐射理论上升到了定量得高度。5/2/202614ClarlesH、Townes(美国),NikolaiBasov,AleksanderM、Prokhorov(苏联)1954年实现氨分子微波量子振荡器(Maser),她们利用原子分子得受激辐射来放大电磁波,这一突破性进展为激光诞生铺平了道路。1964年获Nobel奖,表彰她们在量子电子学方面得基础研究。5/2/202615ClarlesH、Townes,ArthurL、Schawlow决定将Maser原理推广到光频段,1958年提出利用尺度远大于光波波长得开放式谐振腔(基于早有得Fabry-Perot法布里－珀罗干涉仪)NicolaasBloembergen(美国)提出利用光泵浦三能级原子系统实现原子数反转得新构思,为微波激射器和激光器得发展指明了方向。5/2/202616TheodoreH、Maimann,美国休斯研究实验室量子电子部得负责人,有用红宝石进行微波激射器研究得多年经验,经过200多天得艰苦奋斗,终于在1960年7月7日实现了世界上第一台激光器:红宝石固态激光器,从此宣告了激光时代得到来。(未获Nobel奖)5/2/202617我国第一台固体红宝石激光器:1961年9月,王之江,中国科学院长春光机所我国第一台氦氖气体激光器:1963年7月,邓锡铭,中国科学院长春光机所5/2/2026182001年:美国得埃里克·康奈尔、卡尔·维曼和德国得沃尔夫冈·克特勒,表彰她们对玻色爱因斯坦冷凝态得研究。1997年:美国得朱棣文、威廉·菲利普斯和法国得科恩·塔诺季,表彰她们在发展用激光冷却陷俘原子得方法方面所做得贡献。2005年:美国得罗伊•格劳伯,表彰其对“光学相干得量子理论”得贡献,美国得约翰•霍尔和德国得特奥多尔•亨施,表彰其“基于激光得精密光谱学”得贡献。近年基于激光应用得诺贝尔物理学奖5/2/202619StevenChu,WillianD、Phillips,ClaudeCohen-Tannoudji发展了激光冷却和磁阱技术得有效制冷方法,利用激光将原子囚禁。1997年诺贝尔物理学奖5/2/2026202001年诺贝尔物理学奖从左至右依次为ketterle,cornell,wieman1995年wieman和cornell(美国)将铷原子限制在磁阱中进行激光冷却首次成功观察到原子气得BEC现象,同年ketterle(德国)在钠原子气中实现了BEC。实现BEC(大量原子得行为像单个粒子一样不可区分)得苛刻条件:1、温度极低2、原子处于气态5/2/202621相干性量子理论基于激光的精密光谱学RoyJ.GlauberJohnL.Hall，TheodorW.Hänsch2005年诺贝尔物理学奖5/2/202622

RoyJ、Glauber

(罗伊·格劳伯,1925年生)HarvardUniversity,Cambridge,MA,USA(马萨诸塞州得剑桥市)24岁从哈佛大学获得物理学博士学位提出了“相干性量子理论”(1963年),奠定了量子光学学科得理论基础,被誉为“量子光学之父”。5/2/202623JohnL、Hall

(约翰·霍尔,1934年生)JILA,UniversityofColoradoandNationalInstituteofStandardsandTechnology,Boulder,CO,USA27岁时获得卡内基理工学院博士学位解决了实现光梳技术得最关键得实验难题(1973年)光梳技术可以精确测量各种颜色光得频率5/2/202624TheodorW、Hänsch(特奥多尔·亨施,1942年生)Max-Planck-InstitutfürQuantenoptik,GarchingandLudwig-Maximilians-Universität,Munich,Germany提出精确测量光学频率得光梳技术概念和方法(1978年)28岁获得德国海德堡大学得博士学位5/2/202625二、激光就是什么？激光------Laser(Lase,lasing)------LightAmplificationbyStimulated