绪论(激光物理进展)
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
教师简介
研究方向：量子光学、激光物理
2002-2004 华中师范大学物理科学与技术学院理论物理专业，导师为胡响 明教授，获理学硕士学位。 2004-2007 华中师范大学物理科学与技术学院光学专业，导师为胡响明教 授，获光学博士学位。
2010年11月-2011年11月 赴美国德州农工大学跟从M.Suhail Zubairy教授 访学。
Nicolaas Bloembergen（美国） 提出 利用光泵浦三能级原子系统实现原子 数反转的新构思，为微波激射器和激 光器的发展指明了方向。
29.09.2020
15
Theodore H. Maimann, 美国休斯研究实 验室量子电子部的负责人，有用红宝石进 行微波激射器研究的多年经验，经过200 多天的艰苦奋斗，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的到来。 （未获Nobel 奖）
Steven Chu, Willian D. Phillips, Claude Cohen-Tannoudji发展了激光冷却和磁阱技 术的有效制冷方法，利用激光将原子囚禁。
有较好的方向性：若将一束激光射向月球（地月 距离约为40万千米），到达月球表明的光斑直径 不会超过2千米。
29.09.2020
7
激光物理学主要讨论激光与物质的 相互作用问题，着重处理激光系统。
1、熟悉激光的基本原理； 2、了解应用和研究它的现状与前景； 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。
2001年：美国的埃里克·康奈尔、卡尔·维曼和德国
的沃尔夫冈·克特勒，表彰他们对玻色爱因斯坦冷凝态的 研究。
2005年：美国的罗伊•格劳伯，表彰其对“光学相干
的量子理论”的贡献，美国的约翰•霍尔和德国的特奥多尔
•亨施，表彰其“基于激光的精密光谱学”的贡献。
29.09.2020
18
1997年诺贝尔物理学奖
29.09.2020
9
半经典激光理论是把光看作经典电磁场，用麦克斯 韦方程描述；把介质看作量子化的粒子系统，用薛 定谔方程描述，由此建立起激光的电磁场方程即兰 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的激光线宽、 光子统计等问题 。
M. O. Scully and M. S. Zubairy, Cambridge University Press, 1997
Laser Physics
M. Sargent III, M.O. Scully, W.E. Lamb, Jr., AddisonWesley, Reading, MA: 1974
29.09.2020
8
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，其相互作用就是经典偶极子在光场中 所作的强迫阻尼振荡，该模型简单直观，能解释某 些实验现象。
速率方程理论是关于光强与反转粒子数的方程，主
要解决激光光强的特性以及与光强有直接关系的若 干问题，如激光器的增益饱和、瞬态特性、调 Q 激 光动力学、多模振荡及烧孔等。
注: 有中文译本．科学出版社
பைடு நூலகம்
29.09.2020
3
The Quantum Theory of Light
(second edition) Rodney Loudon，Oxford University Press, 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）
29.09.2020
4
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。
29.09.2020
5
第一讲 绪 论
29.09.2020
6
激光是20世纪人类值得骄傲的重大发明之一。
激光具有极高的亮度：其亮度比太阳的亮度高 l0 万倍以上 。
有优良的单色性和相干性 ：单色性比最好的普通 光源高出百万倍，相干长度可达数百千米，远好 于其他光源。
29.09.2020
10
主要内容
一、激光诞生历史 二、什么是激光 三、原子吸收光和发射光理论 四、产生激光的条件
29.09.2020
11
一、激光诞生历史
Albert Einstein ，1905年, 光量子理论 （用这个量子理论解释著名的光电效应 获Nobel 奖，1921年）
29.09.2020
29.09.2020
16
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
29.09.2020
17
近年基于激光应用的诺贝尔物理学奖
1997年：美国的朱棣文、威廉·菲利普斯和法国的科
恩·塔诺季，表彰他们在发展用激光冷却陷俘原子的方法 方面所做的贡献。
1964年获Nobel 奖，表彰他们在量子电子学方面的基础研 究。
29.09.2020
14
Clarles H. Townes, Arthur L. 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的开 放式谐振腔（基于早有的Fabry-Perot 法布里－珀罗干涉仪）
12
激光的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《关于辐射的量 子理论》一文，详细研究了光与物质的相互作 用过程，特别是吸收、自发辐射、受激辐射这 三种基本作用形式，导出了著名的爱因斯坦关 系式，使受激辐射理论上升到了定量的高度。
29.09.2020
13
Clarles H. Townes（美国）, Nikolai Basov, Aleksander M. Prokhorov （苏联） 1954年实现 氨分子微波量子振荡器（Maser），他们利用原子 分子的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。
联系方式： Tel： Email：
29.09.2020
1
主要内容
绪论(激光物理进展) 光的量子性 光的相干性 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
29.09.2020
2
主要教材与参考书
Quantum Optics
研究方向：量子光学、激光物理
2002-2004 华中师范大学物理科学与技术学院理论物理专业，导师为胡响 明教授，获理学硕士学位。 2004-2007 华中师范大学物理科学与技术学院光学专业，导师为胡响明教 授，获光学博士学位。
2010年11月-2011年11月 赴美国德州农工大学跟从M.Suhail Zubairy教授 访学。
Nicolaas Bloembergen（美国） 提出 利用光泵浦三能级原子系统实现原子 数反转的新构思，为微波激射器和激 光器的发展指明了方向。
29.09.2020
15
Theodore H. Maimann, 美国休斯研究实 验室量子电子部的负责人，有用红宝石进 行微波激射器研究的多年经验，经过200 多天的艰苦奋斗，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的到来。 （未获Nobel 奖）
Steven Chu, Willian D. Phillips, Claude Cohen-Tannoudji发展了激光冷却和磁阱技 术的有效制冷方法，利用激光将原子囚禁。
有较好的方向性：若将一束激光射向月球（地月 距离约为40万千米），到达月球表明的光斑直径 不会超过2千米。
29.09.2020
7
激光物理学主要讨论激光与物质的 相互作用问题，着重处理激光系统。
1、熟悉激光的基本原理； 2、了解应用和研究它的现状与前景； 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。
2001年：美国的埃里克·康奈尔、卡尔·维曼和德国
的沃尔夫冈·克特勒，表彰他们对玻色爱因斯坦冷凝态的 研究。
2005年：美国的罗伊•格劳伯，表彰其对“光学相干
的量子理论”的贡献，美国的约翰•霍尔和德国的特奥多尔
•亨施，表彰其“基于激光的精密光谱学”的贡献。
29.09.2020
18
1997年诺贝尔物理学奖
29.09.2020
9
半经典激光理论是把光看作经典电磁场，用麦克斯 韦方程描述；把介质看作量子化的粒子系统，用薛 定谔方程描述，由此建立起激光的电磁场方程即兰 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的激光线宽、 光子统计等问题 。
M. O. Scully and M. S. Zubairy, Cambridge University Press, 1997
Laser Physics
M. Sargent III, M.O. Scully, W.E. Lamb, Jr., AddisonWesley, Reading, MA: 1974
29.09.2020
8
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，其相互作用就是经典偶极子在光场中 所作的强迫阻尼振荡，该模型简单直观，能解释某 些实验现象。
速率方程理论是关于光强与反转粒子数的方程，主
要解决激光光强的特性以及与光强有直接关系的若 干问题，如激光器的增益饱和、瞬态特性、调 Q 激 光动力学、多模振荡及烧孔等。
注: 有中文译本．科学出版社
பைடு நூலகம்
29.09.2020
3
The Quantum Theory of Light
(second edition) Rodney Loudon，Oxford University Press, 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）
29.09.2020
4
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。
29.09.2020
5
第一讲 绪 论
29.09.2020
6
激光是20世纪人类值得骄傲的重大发明之一。
激光具有极高的亮度：其亮度比太阳的亮度高 l0 万倍以上 。
有优良的单色性和相干性 ：单色性比最好的普通 光源高出百万倍，相干长度可达数百千米，远好 于其他光源。
29.09.2020
10
主要内容
一、激光诞生历史 二、什么是激光 三、原子吸收光和发射光理论 四、产生激光的条件
29.09.2020
11
一、激光诞生历史
Albert Einstein ，1905年, 光量子理论 （用这个量子理论解释著名的光电效应 获Nobel 奖，1921年）
29.09.2020
29.09.2020
16
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
29.09.2020
17
近年基于激光应用的诺贝尔物理学奖
1997年：美国的朱棣文、威廉·菲利普斯和法国的科
恩·塔诺季，表彰他们在发展用激光冷却陷俘原子的方法 方面所做的贡献。
1964年获Nobel 奖，表彰他们在量子电子学方面的基础研 究。
29.09.2020
14
Clarles H. Townes, Arthur L. 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的开 放式谐振腔（基于早有的Fabry-Perot 法布里－珀罗干涉仪）
12
激光的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《关于辐射的量 子理论》一文，详细研究了光与物质的相互作 用过程，特别是吸收、自发辐射、受激辐射这 三种基本作用形式，导出了著名的爱因斯坦关 系式，使受激辐射理论上升到了定量的高度。
29.09.2020
13
Clarles H. Townes（美国）, Nikolai Basov, Aleksander M. Prokhorov （苏联） 1954年实现 氨分子微波量子振荡器（Maser），他们利用原子 分子的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。
联系方式： Tel： Email：
29.09.2020
1
主要内容
绪论(激光物理进展) 光的量子性 光的相干性 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
29.09.2020
2
主要教材与参考书
Quantum Optics