激光原理第一讲
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激光原理 讲义
第一章 光学谐振腔理论光学谐振腔是激光器不可缺少的组成部分。
它的作用是提供激光振荡所必需的负反馈，选择振荡模式，并且为激光输出腔外提供一定的耦合。
本章主要研究开放式光腔。
这类光学谐振腔通常由线度有限的两面光学反射镜相距一段距离共轴放置而形成。
与微波波段的封闭式谐振腔相比较，光学开腔敞开了侧面边界，以降低振荡的本征模式数目。
两面反射镜之间的轴向距离，称为腔长。
腔长远大于波长，也远大于反射镜的线度，一般为厘米或米的量级。
一面反射镜的反射率尽量接近１，以减小能量的损失，另一方面反射镜具有适当的透过率，以便能够输出一定的能量。
对于开腔式光腔的处理方法主要有两种，一种是建立在衍射理论基础上的，另一种是建立在几何理论基础上的。
为了对谐振腔理论有个较全面的理解，本章对那些不能用几何光学理论研究的谐振腔，则以方形对称共焦腔为例，采用衍射理论进行研究讨论，对于两面球面腔等，采用几何光学理论的处理方法，其中包括一些等效方法。
第一节 光学谐振腔概论如图1－1所示，考虑一个长、宽、高分别为l b a ,,矩形谐振腔中的本征模式，麦克斯韦方程的本征解的电场分量为：t i z t i y t i x p n m p n m p n m e z l p y b n x a m E t z y x E e z l p y b n x a m E t z y x E e z lp y b n x a m E t z y x E ,,,,,,sin cos sin ),,,(sin sin cos ),,,(cos sin sin ),,,(000ωωωπππππππππ---⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛= （1.1－1） 其中波矢z z y y x x e k e k e k k ++=，lp k b n k a m k z y x /,/,/πππ===（ ,3,2,1,0,,=p n m ），谐振角频率： ()()()222,,////l p b n a m ck c p n m πππω++== （1.1－2）（1．1．1）式表明在x ，y ，z 三个方向上，每一个本征模式的空间分布都是稳定的驻波分布，任意（m ，n ，p ）表征一种空间驻波分布。
激光原理第一讲ppt课件
29
球面波
波阵面为一系列同心圆的波是球面波
➢球面简谐波方程：
U
U0 r
cost
cr
➢球面波的复数表示法：
U U0 eitkr r
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30
光子
➢ 在真空中一个光子的能量 h
式中h是普朗克常数，h=6.63×10-34J•s。
➢
光子具有的运动质量
mc2
hc2 hmc2
➢ 光子的动量
h h h2 p h P m c n 0cn 0 ln 02 pln 02 pk
Schawlow
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16
激光技术发展简史之一
美国休斯公司实验室一位从事 红宝石荧光研究的年轻人梅曼 在1960.5.16利用红宝石棒首 次观察到激光； 梅曼在7月7日正式演示了世 界第一台红宝石固态激光器； 他在Nature(8月16日)发表了 一个简短的通知。
编辑版pppt
Maiman
发射 hE2E1
吸收 hE1E2
E2: 高能 ， E1级 : 低能级
编辑版pppt
42
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33
原子的能级
物质是由原子、分子或离子组成，而原子由带正电的原子 核及绕核运动的电子组成； 电子一方面绕核做轨道运动，一方面本身做自旋运动。
-e
+e 原子核
-e 电子 角动量L=r×p
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34
原子的能级
原子中电子的状态由下列四个量子数来确定：
➢主量子数n，n＝1，2，3，…大体上决定原子中电子的能 量值．不同的主量子数表示电子在不同的壳层上运动;
激光原理课件1.1
(1-18)
h h= 2π
2π k = n0 λ
k—— 平面波的波矢，它表示2π长度内含有的“完整”波 的数目 ④. 一定种类的光子,具有一定的偏振状态.(同一状态的 光子具有相同的偏振状态。） ⑤. 光子具有自旋,故光子是“玻色”子。（即处于）相同 状态的光子数目是无限制的。
式(1-17)和式（1-18）把表征粒子性的能量 ε 和动量 P 与表征波动性的 频率ν 和波长 λ 联系起来了，体现了光的波粒二象性的内在联系。 当光与物质交换能量时，光子只能整个的被原子吸收或发射。 光的频率越高，光子的能量越大。
hν p= c
波动性和粒子性是光的客观属性，同时存在； 波动性和粒子性是光的客观属性，同时存在； 光是电磁波，具有波动性质，有一定得频率和波长； 光是电磁波，具有波动性质，有一定得频率和波长； 光是光子流，光子是具有一定能量和动量的物质粒子； 光是光子流，光子是具有一定能量和动量的物质粒子； 一定条件下，波动性较明显， 一定条件下，波动性较明显，把光看作一列一列的光 波组成的； 波组成的； 光的吸收、发射、光电效应等过程，粒子性较为明显， 光的吸收、发射、光电效应等过程，粒子性较为明显， 把光看作是有一个一个光子组成的光子流； 把光看作是有一个一个光子组成的光子流；
第一章
辐射理论基础概要 与激光产生的条件
回顾： 回顾：
激光光源与普通光源的区别？ 激光光源与普通光源的区别？ 激光的特点？ 激光的特点？
研究激光原理就是要研究光的受激辐射是如何在激光 研究激光原理就是要研究光的受激辐射是如何在激光 器内产生并占据主导地位而抑制自发辐射的。 器内产生并占据主导地位而抑制自发辐射的。 本章首先从介绍光的波粒二象性开始研究光的辐射原理； 本章首先从介绍光的波粒二象性开始研究光的辐射原理； 接着讨论与激光的发明和技术发展有关的物理基础；最后 接着讨论与激光的发明和技术发展有关的物理基础； 分析产生激光的条件。 分析产生激光的条件。
激光原理课件1-1[wsg]
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绪论
“勤学多问” 勤学多问”
认真听讲，做好笔记 独立思考，举一反三 课前预习，课后温习 认真、独立完成作业 有问题不放过，多讨论
绪论
激光的产生与发展（LASER) 激光的产生与发展（LASER)
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 理论基础 爱因斯坦（1917） 爱因斯坦（1917） 在物质与辐射场的相互作用下，构成物质的原子 或分子可以在光子的激励下产生光子的受激吸收或 受激辐射。
受激辐射和自发辐射概念
受激吸收
hv
E1
E0
受激吸收跃迁几率W12
dn12 1 W12 = ( ) St dt n1
W12 = B12 ρυ
受激辐射和自发辐射概念
受激辐射 光的受激吸收跃迁的反过程就 是受激辐射跃迁
hv
E1
hv
E0
受激辐射和自发辐射概念
受激辐射跃迁几率W21
dn21 1 W21 = ( ) St dt n2
在工业领域的应用 1、激光切割、焊 接及打标等 2、激光快速成型
绪论
激光在各领域中的广泛应用及发展前景：
在照明和装饰、娱乐领域(激光地标、激光水幕等）
绪论
激光在各领域中的广泛应用及发展前景：
在环境监测及预警领域
气体校准池
地下管道泄漏的 气体
气体泄漏遥测系统
激光束扫描区域
泄漏ห้องสมุดไป่ตู้地面的气体
绪论
激光在各领域中的广泛应用及发展前景：
hv
E1
hv
E0
绪论
激光的产生与发展（LASER) 激光的产生与发展（LASER)
第八篇第一讲 激光原理
二、激光的形成
处于热平衡下的粒子,满足玻耳兹曼分布
Nn e
N2 e N1 E2 E1 kT
En kT
若 E2 > E 1，则两能级上的原子数之比:
1
即能级越高,粒子数越少.
数量级估计：
T ～103 K；
E2 E1 kT 1 0.086
E 2-E 1～1eV;
kT～1.38×10-20 J ～ 0.086 eV;
2、激光的应用
激光技术的应用涉及到光、机、电、材料及检测等多门 学科，主要分为以下几类： 激光焊接：汽车车身厚薄板、汽车零件、锂电池、 心脏起搏器、密封继电器等密封器件以及各种不允 许焊接污染和变形的器件。目前使用的激光器有 YAG (钇铝石榴石)激光器，CO2激光器和半导体泵 浦激光器。 激光切割：汽车行业、计算机、电气机壳、木刀模 业、各种金属零件和特殊材料的切割、圆形锯片、 压克力、弹簧垫片、2mm以下的电子机件用铜板、 一些金属网板、钢管、镀锡铁板、镀亚铅钢板、磷 青铜、电木板、薄铝合金、石英玻璃、硅橡胶、 1mm以下氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钛合金等 等。使用激光器有YAG激光器和CO2激光器。
三、激光的特性及其应用 1、激光的特性
方向性好 激光能量集中在其传播方向上。其发散角 很小，一般为10-5～10-8球面度。 亮度高 光源亮度是指光源单位发光表面在单位时间内 沿单位立体角所发射的能量。例如，太阳表面的亮度 比蜡烛大30万倍，比白炽灯大几百倍。而一台普通的 激光器的输出亮度，比太阳表面的亮度大10亿倍。 单色性好 如He－Ne激光器发射的632.8nm的谱线宽度 仅为10- 9nm。可用作光频计时标准。 相干性好普通光源（如钠灯、汞灯等）其相干长度只 有几个厘米，而激光的相干长度则可以达到几十公里， 比普通光源大几个数量级。
精简版---激光原理知识点+复习90题
因此，一次往返转换矩阵为
T
A C
1 2L
B D
2 R1
R2
2 R2
1
2L R1
2 L1
L R2
2L R1
1
2L R1
1
2L R2
把条件 R1 R2 R L 带入到转换矩阵 T，得到：
T
A C
B D
1 0
0 1
共轴球面腔的稳定判别式子 1 1 A D 1
2
如果 1 A D 1 或者 1 A D 1 ，则谐振腔是临界腔，是否是稳定腔要根据情况来定。本题中 ，
(1)判断腔的稳定性; (2)求输出端光斑大小； (3)若输出端刚好位于焦距 f=0.1m 的薄透镜焦平面上，求经透镜聚焦后的光腰大小和位置。
解: (1)如图所示，等效腔长
L
'
a
b
0.44
m
0.1 m 1.7
0.5m
由等效腔长可得
：
g1 g 2
1
L' R1
1
L' R2
1
0.5 1
1
0.5
2
1
1.52 1
1.52
要达到稳定腔的条件，必须是 1 1 A D 1，按照这个条件，得到腔的几何长度为：
2
1.17 L1 2.17 ，单位是米。（作图）
11
4.4（夏珉习题 2.19 数据有改变）如图 2.8 所示，波长 1.06m的钕玻璃激光器,全反射镜的曲率半径
R=1m，距离全反射镜 0.44m 处放置长为 b=0.1m 的钕玻璃棒，其折射率为 n=1.7。棒的右端直接 镀上半反射膜作为腔的输出端。
第三章
光学谐振腔
T
A C
1 2L
B D
2 R1
R2
2 R2
1
2L R1
2 L1
L R2
2L R1
1
2L R1
1
2L R2
把条件 R1 R2 R L 带入到转换矩阵 T，得到：
T
A C
B D
1 0
0 1
共轴球面腔的稳定判别式子 1 1 A D 1
2
如果 1 A D 1 或者 1 A D 1 ，则谐振腔是临界腔，是否是稳定腔要根据情况来定。本题中 ，
(1)判断腔的稳定性; (2)求输出端光斑大小； (3)若输出端刚好位于焦距 f=0.1m 的薄透镜焦平面上，求经透镜聚焦后的光腰大小和位置。
解: (1)如图所示，等效腔长
L
'
a
b
0.44
m
0.1 m 1.7
0.5m
由等效腔长可得
：
g1 g 2
1
L' R1
1
L' R2
1
0.5 1
1
0.5
2
1
1.52 1
1.52
要达到稳定腔的条件，必须是 1 1 A D 1，按照这个条件，得到腔的几何长度为：
2
1.17 L1 2.17 ，单位是米。（作图）
11
4.4（夏珉习题 2.19 数据有改变）如图 2.8 所示，波长 1.06m的钕玻璃激光器,全反射镜的曲率半径
R=1m，距离全反射镜 0.44m 处放置长为 b=0.1m 的钕玻璃棒，其折射率为 n=1.7。棒的右端直接 镀上半反射膜作为腔的输出端。
第三章
光学谐振腔
激光原理与技术第一章
年)
❖普朗克于1900年用辐射量子化假设成功地解
释了黑体辐射分布规律，以及波尔在1913年提
出原子中电子运动状态量子化假设
❖爱因斯坦从光量子概念出发，重新推导了黑体
辐射的普朗克公式．并在推导中提出了两个极 为重要的概念：受激辐射和自发辐射。40年后， 受激辐射概念在激光技术中得到了应用。
一、黑体辐射的普朗克公式
激光原理与技术
第一章 激光的基本原理
§1-1 相干性的光子描述 §1-2 光的受激辐射基本概念 §1-3 光的受激辐射放大 §1-4 光的自激振荡
§1-1 相干性的光子描述
激光原理与技术
一．光子的基本性质
h ,h 6.626 1034 J S
2.m
h
c2
, m0
0
3.P
mcn0
h
c
n0
h
2
V xyz
驻波条件x m ,y n ,z q
2
2
2
2 m
n
q
k ,k ,k
x x y y z z
激光原理与技术
3
k k k
x y z x y z V
k
2
m,n,q为正整数，对应腔内一种模式(包含两 个偏振)。
激光原理与技术
在k空间内，波矢绝对值处于区间 Kz
k ～k d k
体积为1 4 k 2 d k
8
K
O
Ky
Kx
波矢空间
该体积内的模式数为1 4 k 2 d k V
8
3
激光原理与技术
k 2 2 v ，d k 2 dv
c
c
有两种不同的偏振，上述模式数应乘 2
v ~ v dv之间的模式数为8c3v2 dvV
❖普朗克于1900年用辐射量子化假设成功地解
释了黑体辐射分布规律，以及波尔在1913年提
出原子中电子运动状态量子化假设
❖爱因斯坦从光量子概念出发，重新推导了黑体
辐射的普朗克公式．并在推导中提出了两个极 为重要的概念：受激辐射和自发辐射。40年后， 受激辐射概念在激光技术中得到了应用。
一、黑体辐射的普朗克公式
激光原理与技术
第一章 激光的基本原理
§1-1 相干性的光子描述 §1-2 光的受激辐射基本概念 §1-3 光的受激辐射放大 §1-4 光的自激振荡
§1-1 相干性的光子描述
激光原理与技术
一．光子的基本性质
h ,h 6.626 1034 J S
2.m
h
c2
, m0
0
3.P
mcn0
h
c
n0
h
2
V xyz
驻波条件x m ,y n ,z q
2
2
2
2 m
n
q
k ,k ,k
x x y y z z
激光原理与技术
3
k k k
x y z x y z V
k
2
m,n,q为正整数，对应腔内一种模式(包含两 个偏振)。
激光原理与技术
在k空间内，波矢绝对值处于区间 Kz
k ～k d k
体积为1 4 k 2 d k
8
K
O
Ky
Kx
波矢空间
该体积内的模式数为1 4 k 2 d k V
8
3
激光原理与技术
k 2 2 v ，d k 2 dv
c
c
有两种不同的偏振，上述模式数应乘 2
v ~ v dv之间的模式数为8c3v2 dvV
激光原理与技术完整ppt课件
1.1.1所示)。每一模式在三个坐标铀方向与相邻模的间隔为
Δkx=л/Δx，Δky=л/Δy，Δkz=л/Δy 因此，每个模式在波矢空间占有一个体积元
(1.1.6)
ΔkxΔkyΔkz =л3 /（ΔxΔyΔz）=л3 /V
(1.1. 7)
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10
在k空间内，波矢绝对值处于|k|～|k|+d|k|区间的体积为(1／8)4л|k|2 d|k|，
可见，一个光波模在相空间也占有一个相格.因此，一个光波模等效于一个光子态。
一个光波模或一个光子态在坐标空间都占有由式(1.1.11)表示的空间体积。
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12
三、光子的相干性
为了把光子态和光子的相干性两个概念联系起来，下面对光源的相干性进行讨论。
在一般情况下，光的相干性理解为：在不同的空间点上、在不同的时刻的光波场的某
4.4 典型激光器的速率方程
3.5 空心介质波导光谐振腔的反馈耦合损耗 4.5 均匀加宽工作物质的增益系数
4.6 非均匀加宽工作物质的增益系数
4.7 综合均匀加宽工作物质的增益系数
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3
第五章 激光振荡特性
5.1 激光器的振荡阈值 5.2 激光器的振荡模式 5.3 输出功率和能量 5.4 弛豫振荡 5.5 单模激光器的线宽极限 5.6 激光器的频率牵引
ε=hv
（1.1.1）
式中 h＝6.626×10-34J．s，称为普朗克常数。
（2）光子具有运动质量m，并可表示为
（1.1.2）
光子的静止质量为零。
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7
（3）光子的动量P与单色平面光波的波矢k对应
（1
式中
n。为光子运动方向(平面光波传播方向)上的单位矢量。 4．光于具有两种可能的独立偏振状态，对应于光波场的两个独立偏振方向。 5．光于具有自旋，并且自旋量子数为整数。因此大量光于的集合， 服从玻色—爱因斯坦统计规律。处于同一状态的光子数目是没有限制的， 这是光子与其它服从费米统计分布的 粒子(电子、质子、中子等)的重要区别。 上述基本关系式(1.1.1)相(1.1.3)后来为康普顿(Arthur Compton)散射实验所证实 (1923年)，并在现代量子电动力学中得到理论解释。量子电动力学从理论上把光的电磁 (波动)理论和光子(微粒)理论在电磁场的量子化描述的基础上统一起来，从而在理论上 阐明了光的波粒二象性。在这种描述中，
激光原理 全套课件
1.1 激光简史
– 1913年，玻尔借鉴了普朗克的量子概念提出了全新的 原子结构模型，并因此获得1922年诺贝尔物理学奖；
"for his services in the investigation of the structure of atoms and of the radiation emanating from them"
– 1964年，C. J. Koester和E. Snitzer研制 了第一台掺钕光纤放大器。光纤放大器现 在被广泛应用于光通讯和高能激光器中。
– 1964: Arno Penzias和Robert Wilson利 用MASER作为放大器观察3K的宇宙背景 辐射，从而证明了Big Bang Theory。他 们因此获得了1978年诺贝尔奖。
1.1 激光简史
– 1947年，Lamb和Reherford在氢原子光谱中发现了明显的受激 辐射，这是受激辐射第一次被实验验证。Lamb由于在氢原子光 谱研究方面的成绩获得1955年诺贝尔物理学奖；
"for his discoveries concerning the fine structure of the hydrogen spectrum"
– 1917年，爱因斯坦在玻尔的原理结构基础上，提出了 受激辐射理论，为激光的出现奠定了理论的基础；
– 1928年，Landenburg证实了受激辐射和 “负吸收”的存在；
1.1 激光简史
– 1940年，V.A Fabrikant在其博士论文中提出 了产生粒子数反转的实现方法，粒子数反转是 MASER/LASER产生的必要条件。
1.1 激光简史
• 突破
– 1956年Nicolaas Bloembergen在 哈弗大学提出了固态微波激射器的 概念， 于1956年10月在Physical Review上发表了一片又决定意义的 文章，第一台成功的设备几个月后 在Bell实验室研制出来。
激光原理第一章
激光原理第一章
目录
• 激光原理简介 • 激光产生原理 • 激光的应用 • 激光的未来发展
01
激光原理简介
激光的定义
激光
受激发射放大简称激光，从最简单的 原子模型出发，阐述激光产生的机理。 光与物质相互作用是激光以特定方式吸收和发射光 子时，产生雪崩式的跃迁，形成强烈 的激光束。
皮肤科治疗
激光可以用于治疗各种皮 肤问题，如色素沉着、血 管病变和皮肤肿瘤。
牙科治疗
激光在牙科中用于牙齿美 白、牙周病治疗等。
军事领域
目标指示与侦察
激光雷达和激光制导系统可用于精确侦察和目标 指示。
武器致盲
高功率激光可以暂时或永久致盲敌方人员或设备。
通信与加密
激光在军事通信中用于高速、加密的数据传输。
等。
光子晶体激光器
总结词
光子晶体激光器是未来激光发展的重要方向之一，它利用光子晶体结构来控制光 的传播，具有独特的光学特性和应用前景。
详细描述
光子晶体是一种具有周期性折射率变化的介质，能够控制光的传播。光子晶体激 光器利用光子晶体结构来产生激光，具有低阈值、高单色性、高相干性等优点。 未来，光子晶体激光器将在通信、传感、光学计算等领域发挥重要作用。
超快激光技术
总结词
超快激光技术是未来激光发展的重要方向之 一，它能够提供极短脉冲的激光输出，具有 极高的时间分辨率和空间分辨率。
详细描述
超快激光技术是指利用脉冲宽度在飞秒（ 10^-15秒）甚至更短的激光技术。由于其 极短的脉冲宽度，超快激光能够实现极高的 时间分辨率和空间分辨率，因此在科学研究 、工业制造、医疗诊断等领域具有广泛的应 用前景。例如，超快激光可以用于观察化学 反应过程、制造微纳结构、进行高精度测量
目录
• 激光原理简介 • 激光产生原理 • 激光的应用 • 激光的未来发展
01
激光原理简介
激光的定义
激光
受激发射放大简称激光，从最简单的 原子模型出发，阐述激光产生的机理。 光与物质相互作用是激光以特定方式吸收和发射光 子时，产生雪崩式的跃迁，形成强烈 的激光束。
皮肤科治疗
激光可以用于治疗各种皮 肤问题，如色素沉着、血 管病变和皮肤肿瘤。
牙科治疗
激光在牙科中用于牙齿美 白、牙周病治疗等。
军事领域
目标指示与侦察
激光雷达和激光制导系统可用于精确侦察和目标 指示。
武器致盲
高功率激光可以暂时或永久致盲敌方人员或设备。
通信与加密
激光在军事通信中用于高速、加密的数据传输。
等。
光子晶体激光器
总结词
光子晶体激光器是未来激光发展的重要方向之一，它利用光子晶体结构来控制光 的传播，具有独特的光学特性和应用前景。
详细描述
光子晶体是一种具有周期性折射率变化的介质，能够控制光的传播。光子晶体激 光器利用光子晶体结构来产生激光，具有低阈值、高单色性、高相干性等优点。 未来，光子晶体激光器将在通信、传感、光学计算等领域发挥重要作用。
超快激光技术
总结词
超快激光技术是未来激光发展的重要方向之 一，它能够提供极短脉冲的激光输出，具有 极高的时间分辨率和空间分辨率。
详细描述
超快激光技术是指利用脉冲宽度在飞秒（ 10^-15秒）甚至更短的激光技术。由于其 极短的脉冲宽度，超快激光能够实现极高的 时间分辨率和空间分辨率，因此在科学研究 、工业制造、医疗诊断等领域具有广泛的应 用前景。例如，超快激光可以用于观察化学 反应过程、制造微纳结构、进行高精度测量
激光原理与技术讲稿
第一章 激光的基本原理及其特性激光技术是二十世纪六十年代初发展起来的一门新兴学科。
激光的问世引起了现代光学技术的巨大变革。
激光在现代工业、农业、医学、通讯、国防、科学研究等各方面的应用迅速扩展，之所以在短期间获得如此大的发展是和它本身的特点分不开的。
激光与普通光源相比较有三个主要特点，即方向性好，相干性好和亮度高，其原因在于激光主要是光的受激辐射，而普通光源主要是光的自发辐射。
研究激光原理就是要研究光的受激辐射是如何在激光器内产生并占据主导地位而抑制自发辐射的。
本章首先从光的辐射原理讲起，讨论与激光的发明和激光技术的发展有关的各方面物理基础和产生激光的条件。
光的辐射既是一种电磁波又是一种粒子流，激光是在人们认识到光有这两种相互对立而又相互联系的性质后才发明的。
因此本章从介绍光的波粒二象性开始研究原子的辐射跃迁。
激光的产生又是光与物质的相互作用的结果，对光的平衡热辐射和光与物质的相互作用 (光的自发辐射、受激辐射、受激吸收) 的研究是发明激光的物理基础。
光谱线的宽度，线型函数是影响激光器性能的重要因素，提高激光的单色性是激光技术的发展的一个重要方向。
阐明上述这些基础后，本章最后一节讨论激光产生的条件。
1. 1 激光的特性光的一个基本性质就是具有波粒二象性。
人类对光的认识经历了牛顿的微粒说、惠更斯菲涅耳的波动说到爱因斯坦的光子说的发展，最后才认识到波动性和粒子性是光的客观属性，波动性和粒子性总是同时存在的。
一方面光是电磁波，具有波动的性质，有一定的频率和波长。
另一方面光是光子流，光子是具有一定能量和动量的物质粒子。
在—定条件下，可能某一方面的属性比较明显，而当条件改变后，另一方面的属性变得更为明显。
例如，光在传播过程中所表现的干涉、衍射等现象中其波动性较为明显，这时往往可以把光看作是由一列一列的光波组成的；而当光和实物互相作用时(例如光的吸收、发射、光电效应等)，其粒子性较为明显，这时往往又把光看作是由一个一个光子组成的光子流。
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1.983
2.097
※ 教学大纲：第三、八章（不讲）；第九、十章（自学） ※ 教学手段： 上课内容：演示文稿（英文文稿试用） 课堂练习：课前或课后 （10min.） 课后作业：周一课前交，下课后补交按迟交处理
习题讲评&课堂讨论：2-3次
专题学习报告（继续试点，自愿参加） 考试方式：开卷 期中 & 期末 ※ 成绩：作业＋练习 15％ 期中 30％ 期末考查 55％ 作业＋练习＋专题 25％ 期中 30％ 期末考查 45％
• 科学技术发展规律 基础理论研究 应用技术 产品开发 产业
• 基础理论研究是构筑科学大厦的基石
• 为激光发展进行探索的科学家
1917: 爱因斯坦(A.Einstein) 提出了受激辐射可实现光放大的概念, 为激光 发明奠定了理论基础
1917年以后近四十年内： 量子理论的发展; 粒子数反转的有效实现;电 子学与微波技术的发展
※ 课堂纪律：上课时不准吃、喝；关闭手机;
上课期间不得随意离开教室 ※ 学风建设：主动积极听课，把心留在教室里， 认真独立完成作业 端正态度，不要有投机取巧的侥幸心理 处理好课程学习和出国准备的矛盾
※ 教师有关联系信息 姚敏玉 东主楼11区410 62772370 yaomy@ 张洪明 东主楼11区409 62772370 zhhm@
1954：美国汤斯(C.H.Townes) 前苏联巴索夫(N.G.Basov) 普洛霍洛夫 (A.M.Prokhorov)
第一次实现氨分子微波量子振荡器(MASER)
1958: 美国汤斯(Towns)与肖洛(A.L.Schawlow)
提出利用开放式光学谐振腔实现光振荡的新思想;
布隆伯根(N.Bloembergen)提出利用光泵浦三 能级系统实现粒子数反转分布的新构思 1960.7：美国休斯公司实验室梅曼(T.H.Maiman)
0字班激光原理成绩统计
6 17
6
8
> 90 > 80 > 70 > 60 < 60
47
1字班激光原理最终成绩统计
5 15 11 >90 >80 >70 >60 <60
28 19
激光发展的历史回顾
LASER -- Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
光电子学是汇集光子学、电子学、光子技术与电子技 术的一门学科
一些相关的重要学术刊物 (SCI收录期刊）
Nature Science
Physics Review Letters (PRL) 6.017
Applied Physics Letters (APL) 4.207
Optics Letters (OL) Optics Express (OE) 3.395 3.219 2.1
英文参考书：
Amnon Yariv “Introduction to Optical Electronics ” Anthony E. Siegman “ Lasers” Joseph T. Verdeyen “Laser Electronics” 1995年（第三
版）
Orazio Svelto “Principles of Lasers” 1998年 （第四版）
世界上第一台红宝石固态激光器诞生
1997: 朱棣文、菲利普(W.Phillips)和塔罗季 （C.Tannoudi) 利用激光冷却和钳制原子的研究 2000: 赫伯特· 克雷歇尔（H.Pressel），提出了双 异质结构，实现半导体激光器室温工作。
追寻成功者的足迹，给人必要的启迪
• 任何一项发明都是一批科学家前仆后继，大胆探索的结果,
2005年－国际物理年 World Physics of the year
（联合国通过大会决议）
“爱因斯坦年”（德、英等国直接命名）
恰逢爱因斯坦逝世50周年
1905年是科学史上较为特殊的一年，创造奇迹的一年。
当时默默无闻的爱因斯坦（26岁）发表的5篇论文（涉及
光电效应、布朗运动和狭义相对论）彻底改变了传统的物
Journal of Applied physics (JAP) 2.281 IEEE Photonic technology Letters (PTL) Journal of Lightwave Technology (JLT)
IEEE Journal of Quantum Electronics (JQE)
• 勤奋，善于学习，抓住机遇，把握科学前沿。 • 大胆设想, 勇于创新，勇于实践,锲而不舍。
激光的发明使光学领域的研究出现新的活力。激光一方面 为成熟的领域中现有的各种应用技术带来数量级的改善， 另一方面又开辟了一些新的领域和新的应用和新学科。
• 全息术－D.Gaber，不实用技术 成为可能
• 光通信－室温工作的双异质结半导体激光器和掺铒光纤 放大器带来了光通信的革命性变化 • 国防安全
不仅是要了解我们的宇宙，而且也致力于制造有用、有
时也是激动人心的事物。”
电子学－究电子作为信息和能量载体的科学
光子学－研究光子作为信息和能量载体的科学 光子技术－ 相干光的产生
相干光的控制
激光原理 （48学时） (调制、偏转) 光电子技术
光频率（波长）变换
相干光的检测及应用
电子技术光与电是“兄弟”，光只是波长更短的电磁波
理学，也为造福后世的诸多技术奠定了基础。
2005国际物理年的意义
－负有帮助物理学在21世纪重振雄风的重任
学好数理化，走遍天下全不怕
电子、生物和经济等新兴学科的吸引力 ↑ 主宰上世纪发展的科学界，正在缓慢而又令 人痛苦地衰落，有青黄不接的危机。(法新社)
21世纪是否会出现 第二个爱因斯坦？
物理宏观领域：宇宙学的一些基本问题，如暗物质、暗 能量的来源、组成和性质。 物理微观领域：人类对物质组成的认知还需要更为深入 物理学发挥“用”的功能：研究繁杂系统，让物理学为 能源、材料、信息和环境问题提出解决方案及与其他学 科的交叉和渗透。 《Nature》杂志社论： “在下一次(物理学理论)革命前 ，物理学的主要成就将出现在工程领域。正在从事这方 面工作的物理学家如果保持沉默，是可耻的……物理学
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※ 教学大纲：第三、八章（不讲）；第九、十章（自学） ※ 教学手段： 上课内容：演示文稿（英文文稿试用） 课堂练习：课前或课后 （10min.） 课后作业：周一课前交，下课后补交按迟交处理
习题讲评&课堂讨论：2-3次
专题学习报告（继续试点，自愿参加） 考试方式：开卷 期中 & 期末 ※ 成绩：作业＋练习 15％ 期中 30％ 期末考查 55％ 作业＋练习＋专题 25％ 期中 30％ 期末考查 45％
• 科学技术发展规律 基础理论研究 应用技术 产品开发 产业
• 基础理论研究是构筑科学大厦的基石
• 为激光发展进行探索的科学家
1917: 爱因斯坦(A.Einstein) 提出了受激辐射可实现光放大的概念, 为激光 发明奠定了理论基础
1917年以后近四十年内： 量子理论的发展; 粒子数反转的有效实现;电 子学与微波技术的发展
※ 课堂纪律：上课时不准吃、喝；关闭手机;
上课期间不得随意离开教室 ※ 学风建设：主动积极听课，把心留在教室里， 认真独立完成作业 端正态度，不要有投机取巧的侥幸心理 处理好课程学习和出国准备的矛盾
※ 教师有关联系信息 姚敏玉 东主楼11区410 62772370 yaomy@ 张洪明 东主楼11区409 62772370 zhhm@
1954：美国汤斯(C.H.Townes) 前苏联巴索夫(N.G.Basov) 普洛霍洛夫 (A.M.Prokhorov)
第一次实现氨分子微波量子振荡器(MASER)
1958: 美国汤斯(Towns)与肖洛(A.L.Schawlow)
提出利用开放式光学谐振腔实现光振荡的新思想;
布隆伯根(N.Bloembergen)提出利用光泵浦三 能级系统实现粒子数反转分布的新构思 1960.7：美国休斯公司实验室梅曼(T.H.Maiman)
0字班激光原理成绩统计
6 17
6
8
> 90 > 80 > 70 > 60 < 60
47
1字班激光原理最终成绩统计
5 15 11 >90 >80 >70 >60 <60
28 19
激光发展的历史回顾
LASER -- Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
光电子学是汇集光子学、电子学、光子技术与电子技 术的一门学科
一些相关的重要学术刊物 (SCI收录期刊）
Nature Science
Physics Review Letters (PRL) 6.017
Applied Physics Letters (APL) 4.207
Optics Letters (OL) Optics Express (OE) 3.395 3.219 2.1
英文参考书：
Amnon Yariv “Introduction to Optical Electronics ” Anthony E. Siegman “ Lasers” Joseph T. Verdeyen “Laser Electronics” 1995年（第三
版）
Orazio Svelto “Principles of Lasers” 1998年 （第四版）
世界上第一台红宝石固态激光器诞生
1997: 朱棣文、菲利普(W.Phillips)和塔罗季 （C.Tannoudi) 利用激光冷却和钳制原子的研究 2000: 赫伯特· 克雷歇尔（H.Pressel），提出了双 异质结构，实现半导体激光器室温工作。
追寻成功者的足迹，给人必要的启迪
• 任何一项发明都是一批科学家前仆后继，大胆探索的结果,
2005年－国际物理年 World Physics of the year
（联合国通过大会决议）
“爱因斯坦年”（德、英等国直接命名）
恰逢爱因斯坦逝世50周年
1905年是科学史上较为特殊的一年，创造奇迹的一年。
当时默默无闻的爱因斯坦（26岁）发表的5篇论文（涉及
光电效应、布朗运动和狭义相对论）彻底改变了传统的物
Journal of Applied physics (JAP) 2.281 IEEE Photonic technology Letters (PTL) Journal of Lightwave Technology (JLT)
IEEE Journal of Quantum Electronics (JQE)
• 勤奋，善于学习，抓住机遇，把握科学前沿。 • 大胆设想, 勇于创新，勇于实践,锲而不舍。
激光的发明使光学领域的研究出现新的活力。激光一方面 为成熟的领域中现有的各种应用技术带来数量级的改善， 另一方面又开辟了一些新的领域和新的应用和新学科。
• 全息术－D.Gaber，不实用技术 成为可能
• 光通信－室温工作的双异质结半导体激光器和掺铒光纤 放大器带来了光通信的革命性变化 • 国防安全
不仅是要了解我们的宇宙，而且也致力于制造有用、有
时也是激动人心的事物。”
电子学－究电子作为信息和能量载体的科学
光子学－研究光子作为信息和能量载体的科学 光子技术－ 相干光的产生
相干光的控制
激光原理 （48学时） (调制、偏转) 光电子技术
光频率（波长）变换
相干光的检测及应用
电子技术光与电是“兄弟”，光只是波长更短的电磁波
理学，也为造福后世的诸多技术奠定了基础。
2005国际物理年的意义
－负有帮助物理学在21世纪重振雄风的重任
学好数理化，走遍天下全不怕
电子、生物和经济等新兴学科的吸引力 ↑ 主宰上世纪发展的科学界，正在缓慢而又令 人痛苦地衰落，有青黄不接的危机。(法新社)
21世纪是否会出现 第二个爱因斯坦？
物理宏观领域：宇宙学的一些基本问题，如暗物质、暗 能量的来源、组成和性质。 物理微观领域：人类对物质组成的认知还需要更为深入 物理学发挥“用”的功能：研究繁杂系统，让物理学为 能源、材料、信息和环境问题提出解决方案及与其他学 科的交叉和渗透。 《Nature》杂志社论： “在下一次(物理学理论)革命前 ，物理学的主要成就将出现在工程领域。正在从事这方 面工作的物理学家如果保持沉默，是可耻的……物理学