强激光场中原子分子的性质及其应用
强激光场中氘团簇的离子能谱与团簇尺度
团簇具 有体 密度 大 、 激光 吸 收效 率 高 、 残 核 等特 点 ， 光 与其 相 互 作 用 能 够 产 生 能 量 为 Ｍｅ 的离 子 、 无 激 Ｖ ｋ Ｖ 的电子 和 ｘ射 线辐 射 ］ ９ ９年 Ｄ ｔ ｒ 用 强 激 光 辐 照 氘 团簇 产 生 了 １ 中 子／ ， 现 了 “ ｅ 。１ ９ ｉ ｅ等 ｍｉ Ｏ Ｊ实 台式 聚 变”】， ＿ ｌ 激光一 ］ 团簇 聚 变有望 成 为新型 的台式高 效 中子源 。近几 十 年来 ， 国内外开展 了大量 的超短 超 强激 光 与 团 簇相 互作用 的实验和 理论 研究 口 ］ 激 光与 团簇相 互作 用 过程 具有 明显 不 同于 气 体 和 固体 的 特点 ， 作 用过 程 ， 其
强激 光场 中氘 团簇 的 离 子 能谱 与 团簇 尺 度
魏番惠 ， 吴玉迟 谷渝秋。 刘 猛 ， 刘红杰 ， 杨朝文 ， 朱 斌 ， 何颖玲 。 ， ， 。
（ ．四川 大 学 物 理 科学 与技 术 学 院 ，成 都 ６ ０ ６ ； ２ 中 国工 程 物 理 研 究 院 激 光 聚 变 研 究 中心 ，四川 绵 阳 ６ １０ ） １ １０ ４ ． ２ ９０
冲 的影 响 ， 到 了 团 簇 的 尺 度 比瑞 利 散 射 测 量 的 结 果 小 。这 些 结 果 对 团簇 源 制 备 系 统 的 改 进 和优 化 激 光 打 靶 得
有 着 重 要 的参 考 意 义 ， 且 可 以 为 团簇 尺 度 的 测 量 提 供 一 种 新 的方 法 。 而
关 键 词 ： 氘 团簇 ； 尺 寸 测 量 法 ； 强 激 光 ； 离 子 能 谱
激光原理及应用-1
•
多普勒的线型函数与气体介质中工作原子诸能级 上的原子集居数密度按热运动速率的几率分布函 数直接有关。 二、晶格缺陷加宽 • 在晶体的生长和制作过程中难免存在无规则分布 的晶格缺陷(位错、空位等)。 • 晶格缺陷加宽与多普勒加宽类似。 • 晶格缺陷加宽通常比较小，仅当离子高浓度掺杂 使缺陷较严重，且在低温情况下声子加宽变得很 小时才显示出其重要性。 1.4.4 激光介质中的实际加宽
• • • •
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当运动原子与其运动方向一致的光波相互作用时， 原子的中心频率发生蓝移。 当运动原子与其运动方向相反的光波相互作用时， 原子的中心频率发生红移。 运动速度越大，原子光谱线相对于其中心频率的 偏离越远。 在固体和液体中，原子受束缚较紧，运动速度受 到限制，多普勒频移不明显。 在气体中，原子、分子能够自由飞翔，运动速度 较大，多普勒频移表现得突出一些。
1.2 电磁波吸收和发射的唯象理论
1.2.1 自发辐射 • 二能级系统为模型。 • 能级寿命
21
1 A21
• 基态、激发态是什么？ • 自发辐射产生非相干、非偏振光。
二、受激吸收 1.2.3 受激辐射 • 受激辐射产生相干、偏振光——激光。 1.2.4 3个系数的关系 • 在热平衡状态下，能级上的粒子数按照玻尔兹曼 分布。高能级上的粒子数比低能级上的粒子数少， 只有打破热平衡——由外界向黑体提供能量(泵 浦、抽运)，使高能级上的粒子数比低能级上的 粒子数多，即粒子数反转(集居数反转)——激光 产生的先决条件。
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光波段的受激辐射的困难：腔长为波长数 量级可保证单一波长；“塞曼效应”在光 波段调谐范围小；自发辐射跃迁几率正比 于辐射频率的立方，在光波段产生的噪声 远高于微波段。 光的中心频率是多少？ 1958年肖洛和汤斯提出F-P标准具。 泵浦是什么？ 粒子数反转是什么？
兰姆凹陷的成因、应用及其用于激光器稳频的技术原理
兰姆凹陷是气体中的一种非线性光学效应，它是由于光子与气体分子之间的非弹性碰撞导致的。
兰姆凹陷可以被广泛应用于光谱学、激光技术等领域，尤其在激光器稳频技术中具有重要的应用价值。
下面将从兰姆凹陷的成因、应用以及其在激光器稳频中的技术原理方面展开讨论。
一、兰姆凹陷的成因1.非线性光学效应兰姆凹陷是一种非线性光学效应，它是由于气体分子在强光作用下发生非弹性碰撞而导致的。
光子与气体分子发生非弹性碰撞后，气体分子的能级发生变化，进而导致吸收光子的频率发生变化，产生兰姆凹陷现象。
2.气体分子的碰撞与激发在光强较强的激光场中，气体分子之间会发生非弹性碰撞，使得气体分子的能级发生变化，从而使得气体的光学性质发生改变。
气体分子的激发态会发生改变，导致光的吸收特性发生变化，从而形成兰姆凹陷。
二、兰姆凹陷的应用1.光谱学应用兰姆凹陷可以被广泛应用于光谱学领域，通过对光谱进行分析可以获得气体分子的相关信息，例如气体分子的能级结构、能级跃迁等信息。
2.激光技术应用在激光技术中，兰姆凹陷也得到了广泛的应用。
在激光器的频率稳定技术中，可以通过兰姆凹陷效应来实现激光器的频率稳定，从而提高激光器的输出稳定性和精度。
三、兰姆凹陷在激光器稳频中的技术原理1.激光器频率稳定的需求在许多激光应用中，激光器的频率稳定性是非常重要的。
特别是在激光干涉测量、光频标等领域，激光器频率的稳定性直接影响测量结果的精确度。
2.兰姆凹陷在激光器稳频中的应用利用兰姆凹陷效应来实现激光器的频率稳定是一种有效的方法。
通过在激光腔中加入适当的稳频气体，可以实现激光的频率稳定。
当光子与稳频气体发生非弹性碰撞后，气体的光学性质发生变化，从而实现激光器频率的稳定。
3.技术原理在实际的激光器稳频系统中，通过控制稳频气体的压力、温度等参数，可以实现对激光器频率的精确调控。
通过精确调控稳频气体的参数，可以实现激光器频率的长期稳定，从而满足特定应用领域对激光器频率稳定性的要求。
理论物理专业070201培养方案
理论物理专业（07０2０１)培养方案(学术型硕士研究生）一、培养目标和要求1.努力学习马列主义、毛泽东思想和邓小平理论,坚持党的基本路线，热爱祖国，遵纪守法,品德良好，学风严谨，具有较强的事业心和献身精神，积极为社会主义现代化建设服务。
２. 培养掌握坚实宽广的理论基础和系统深入的专门知识，能将物理理论与实际问题关联起来的、具有理论与实践相结合能力的研究与应用性专业人才.3。
积极参加体育锻炼，身体健康.4。
硕士研究生应达到的要求:（1)掌握本学科的基础理论和相关学科的基础知识，有较强的自学能力，及时跟踪学科动态;能广泛获取各类相关知识，对科技具有敏感性.（2)具有项目组织综合能力和团队工作精神，具有强烈的责任心和敬业精神.(3）有扎实的英语基础知识,能流利阅读专业文献，有较好的听说写译综合技能。
（４)获得具有创新价值的研究结果.5。
本专业的主要学习内容有：高等量子力学,群论,广义相对论,统计物理和多体理论，量子场论,宇宙学,物理中的数学方法，激光物理,光电子物理，计算物理，专业英语等课程，另外还要参加教学实习，全国性学术交流会议,撰写毕业论文等实践环节.硕士生毕业可以继续深造攻读博士学位，或从事中学教学以及在相关企事业任职.二、学习年限1。
培养方式采用课堂教授、讨论、专题发言与课后自学、写读书笔记；社会调研与教学实习；参与科研与学术活动相结合的培养模式。
在学习年限内，要求学生保证规定的在校学习时间。
２。
学习年限硕士研究生：学制3年，培养年限总长不超过5年。
在完成培养要求的前提下,对少数学业优秀的研究生,可申请提前毕业。
三、研究方向与导师（一）研究方向1.引力与宇宙学，导师主要有翟向华教授、张宏升研究员、冯朝君副研究员等.2。
量子宏观效应与量子场论，导师主要有刘道军研究员、奚萍副研究员等.3.光与物质相互作用，导师主要有张敬涛研究员、冯勋立研究员、张一副教授等。
４。
计算物理，导师主要有叶翔研究员、谢逸群副教授、吉凯副教授、梁云烨副教授等。
相对论强场激光物质效应
相对论强场激光物质效应相对论强场激光物质效应是指当光波强度达到极高水平时，相对论效应对物质产生的影响。
在这个强场激光下，原子、分子以及固体等物质的电子受到极强的电磁力作用，其运动速度和能量呈现相对论效应，进而导致了一系列的物质效应。
1. 高能量粒子产生在相对论强场激光作用下，由于电磁力的极大强化，光子与物质相互作用后可获得较高的能量。
这种高能光子与物质中的电子发生碰撞，使得电子的能量也随之增加。
当电子的能量超过其束缚能级时，电子可以被激发为激发态，形成高能量粒子。
2. 强场光学效应相对论强场激光作用下，光的折射率、透明度和反射率等光学性质会发生明显改变。
由于光波极强的场强，物质中的电子受到强烈的电磁力作用，其导致了电子云的极化，进而影响材料的光学性质。
激光物质的相对论效应使得光在物质中的传输速度减慢，光的色散性质增加，以及光的吸收特性发生变化。
3. 高能粒子束辐射相对论强场激光物质效应还可导致高能粒子束辐射的产生。
当相对论强场激光与物质作用时，物质中的电子会由于受到强大的电磁力作用而被加速，电子从高能级跃迁回低能级时会产生辐射。
这种辐射可以包括电子的自由电子辐射、布莱曼辐射以及同步辐射等。
这些辐射具有极高的能量和频率，对研究细微的粒子动力学和物质性质有着重要意义。
4. 量子电子加速除了高能粒子束辐射，相对论强场激光还可以通过量子电子加速产生高能电子。
量子电子加速是指相对论强场激光作用下，电子可以获得高能量，并经过复杂路径跃迁至近光速，形成高能电子。
这种量子电子加速过程对于研究高能物理、粒子对撞以及粒子加速技术具有重要意义。
总结：相对论强场激光物质效应是相对论效应在光与物质相互作用中所产生的一系列影响。
这种效应在物理学、光学和材料科学等领域具有重要的研究价值。
了解相对论强场激光物质效应的产生和性质，对于深入理解激光与物质相互作用，以及开发新的高能物理研究手段和光学器件具有重要意义。
强激光与粒子束基础
强激光与粒子束基础
强激光和粒子束是两种在物理学、医学和工程等领域广泛应用的高能技术。
下面是它们的基础概念和应用：
强激光：
1. 概念：
•强激光通常指激光束的强度和功率非常高的激光。
激光是一种通过受激辐射产生的高度聚焦和相干光束。
2. 激光的产生：
•激光通过激发原子或分子，使其产生光子，这些光子在光学谐振腔中受到反射，最终产生高度一致的激光束。
3. 强激光特性：
•强激光通常具有高度的单色性、方向性和相干性，能够在远距离保持束团的集中度。
4. 应用领域：
•切割和焊接：在工业制造中用于金属切割和焊接。
•医学：用于激光手术、眼科手术等。
•研究：在物理学研究、量子光学等领域有广泛应用。
粒子束：
1. 概念：
•粒子束是由带电粒子（如电子、质子、中子等）组成的高能束流，其运动速度接近光速。
2. 粒子加速器：
•粒子束的产生通常需要粒子加速器，通过电场或磁场加速带电粒子到高能状态。
3. 应用领域：
•医学：在放射治疗中用于癌症治疗，粒子束具有更好的定向性，能减少对周围正常组织的伤害。
•物理学：在高能物理实验中，用于探测基本粒子的性质和相互作用。
•材料科学：用于材料表面改性和分析。
4. 粒子种类：
•电子束：由电子组成，广泛应用于电子显微镜和电子束焊接。
•质子和重离子束：在医学和科研中用于放射治疗和材料研究。
总体而言，强激光和粒子束技术在医学、科研和工程等领域都有重要应用。
它们的高能特性使其在微观和宏观层面上都能够实现精确控制和处理。
超快激光光谱技术的原理与应用
超快激光光谱技术的原理与应用激光技术一直以来都是科学与技术领域中备受瞩目的技术，它的应用范围很广，如医学、化学、物理等领域，而激光光谱技术则是激光技术中的一个非常重要的分支，它能够帮助科学家们发现物质的本质和作用。
其中，超快激光光谱技术则是近年来备受关注的一种新型光谱技术，它具有分辨率高、灵敏度高、快速性等优势，被广泛应用于化学催化、生物分子、材料科学等领域。
本文将对超快激光光谱技术的原理及应用进行介绍。
一、超快激光光谱技术的原理超快激光光谱技术是一种基于激光技术的光谱分析方法，它可以观察到物质分子在短时刻内的动力学变化以及分子内部的振动/转动、电子/电离过程等。
它利用超快激光脉冲去激发分子，然后通过检测产生的激发态中发射出来的光子的波长和强度来研究完整的分子结构和动力学行为。
超快激光光谱技术的原理是利用激光脉冲的能量作用于样品产生电子激发或振动/转动激发，引起物质发射出较短的时间内的发光信号。
短脉冲时间可以达到几百飞秒、毫秒和纳秒，非常快，使分子中发生的各种过程都可以被成功探测到。
当样品物质在激光场作用下发射出的光通过激光光谱学的方法分析时，可以得到各种分子内部振动、转动、电子乃至离子过程的信息。
二、超快激光光谱技术的应用超快激光光谱技术已经被广泛应用于化学催化、生物分子、材料科学等领域。
以下是几个常见的应用：1、化学催化超快激光光谱技术在化学催化方面的应用比较广泛，它可以帮助我们研究催化反应的中间体，观察反应过程，探究催化体系的结构和活性中心。
2、生物分子超快激光光谱技术在生物分子方面的应用可以帮助我们探究生物大分子的内部结构和动力学过程，如DNA、RNA、蛋白质等的结构、振动、转动等。
3、材料科学超快激光光谱技术在材料科学方面的应用可以帮助我们研究新型材料的合成、结构和性质，如半导体、金属等材料。
三、超快激光光谱技术的未来发展虽然超快激光光谱技术在科学和工业领域中的应用已经非常广泛，但其还有很大的发展潜力。
激光技术在科研领域中的应用与进展
激光技术在科研领域中的应用与进展激光技术是一种以测量和探究物质性质为基础，以强、短、单色、方向性明确的光束为工具的现代科技。
近年来，激光技术在科研领域中得到了广泛的应用和发展，涉及了各种领域，如纳米技术、超强场物理、材料科学等等。
首先，激光在材料科学方面的应用非常广泛。
激光加工技术因为具有高精度、高效率、高质量、高自动化等特点，已经成为制造业的主要加工技术之一。
例如，激光切割与激光焊接技术被广泛应用于汽车、航空、电子工业等领域，发挥着重要的作用。
此外，激光还可用于改善物质表面，如激光表面处理、激光熔覆与激光合金化等，这些技术有助于改善材料的表面性质、增加材料的抗腐蚀能力及使用寿命。
其次，激光在生物医学领域的应用越来越广泛。
著名的“光动力疗法”就是利用激光来治疗肿瘤、皮肤病、白内障等疾病的有效方法之一。
激光技术还可以用于治疗眼疾，如近视、远视、散光等，也可以用于皮肤治疗和美容。
此外，激光三维成像技术和光学成像技术，包括光学激发荧光成像技术（OFI）和双光子显微镜（TPM）等，为医学研究提供了强有力的工具。
再次，激光在纳米科学和超强场物理领域的应用也非常重要。
激光通过其单色性、强度和方向性的优势，已经成为最好的驱动器，实现了世界上最短、最强的电磁脉冲。
超强场激光通过将分子分离成原子，能够用于实现原子、分子的实时观察和控制，提供了研究原子、分子和化学反应乃至生命科学的新工具。
同时，激光还可以通过光学镊子和原子光阱，进行精确的控制和操作，从事纳米粒子的选择性分离、单个分子探测和纳米加工等前沿研究。
最后，激光技术在能源、环保等领域的应用也越来越重要。
例如，利用短脉冲激光器对核刻度线的监测和调整，可以有效地监控环保和核能行业的核材料。
此外，激光可用于增强太阳能电池的效率，其微观属性的强大渗透性可以用于检测地下水质量等。
总之，激光技术在科研领域的应用和发展已经显现出相当重要的地位。
越来越多的学科和领域将会用到激光技术。
强激光场中N2分子的动力学性质的辛算法研究
随着强激光技术的飞速发展 ， 研究分子在强 激光场作用下的各种动力 学行为 ， 如强激光场作 用下的分子的电离， 解离等 ， 已经成为分子动力学 研究 中的热门课题， 而双原子分子是最简单 、 基本 的分子体系， 激光场中双原子分子动力学的量子 力学 研究 已有 了很好 的研究 结果 ¨ ． 但是对大多数分子来说 ， 由于分子是 由大量 原子构成的， 存在大量的 自由度 ， 这样给量子力学 的计算带来了前所未有 的困难， 而分 有 效 的方法． 这一方法将分子系统看成原子在电子势
体 现． 文应用 经典 轨迹 方法 ， 本 采用辛 格式 计算 了
强激光场中双原子分子 Ｎ 的经典轨迹， 讨论强激 光场作用下 Ｎ 分子的振 动及解离． １ § 描述 了同 核双原子分子 的经典运动 ； ２计算 双原子分子 §
设 时刻 ｔ ０时引入 激光 场 一Ｅ（）ｔ ｒｒ此后 双 ＝ ￡ ｇ（ ）， 原 子分 子 的总能量 为
维普资讯
辽宁大学学报
自然科学版 第３ ４卷 第 ３期 ２０ ０ ７年
Ｊ Ｒ Ｌ Ｏ Ｌ Ｏ Ｉ Ｎ Ｖ ＲＳ Ｔ ＯＵ ＮＡ Ｆ Ｎ ＮＧ Ｕ Ｉ Ｅ Ｉ Ｙ
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・ 作者简介 ： 刘世兴（９７）男 ， 宁铁岭人 ， １７． ， 辽 辽宁大学物理 学院讲 师 ， 从事强场物理与分子动力学模拟保结构算法与应用研究． 基金项 目： 辽宁省优秀青年科研人才培养基金项 目（ ００ ０ ） 辽 宁省教 育厅基础研究计划项 目（５ １ ） ３ ４０ ５ ， ０Ｌ５ ５
激发态原子研究及其应用
激发态原子研究及其应用随着科技的不断进步和发展，激发态原子研究逐渐成为了一个重要的领域。
虽然激发态原子在日常生活中并不常见，但是在科学研究和技术应用中扮演着至关重要的角色。
本文将探讨激发态原子的意义、研究内容以及应用价值。
一、激发态原子的意义激发态原子是指原子中的电子被激发到高能级的状态。
这种状态呈现出许多独有的特性，例如强光谱吸收、较长寿命、易于激发等等。
这些特性为科学家提供了开展研究的宝贵机会和资源。
有些物理现象和化学反应需要在激发态原子的作用下才能发生，如激光等光源就是利用激发态原子的特性来产生的。
因此，激发态原子被广泛应用于光学、物理学、电磁波学、化学、材料科学等领域。
二、激发态原子的研究内容激发态原子的研究内容较为复杂，需涉及量子力学、原子物理学等领域。
目前，国内外研究者们尝试从不同角度探索激发态原子的性质和特性。
1. 实验研究实验研究是探究激发态原子的最主要方式之一。
一些大型装置，如同步辐射光源、自由电子激光，是研究激发态原子的利器。
通过这些实验设备，科学家们可以研究激发态原子的光谱吸收和辐射的特性，还可以制造出一些有创新性的实验方法，如激光冷却、光互连通信等。
2. 理论研究除了实验研究，理论研究在激发态原子研究中也扮演着重要的角色。
理论研究是建立在量子力学等基本理论上的，通过计算、仿真等方式分析原子的结构和性质。
在计算领域，常用的方法有序列齐次化近似等。
三、激发态原子的应用价值激发态原子除了在理论探究领域有着可观的投入，还具有一系列令人瞩目的应用价值。
以下列举几个：1. 激光技术在激光研究和应用中，激发态原子起着重要的作用。
激发态原子可以通过强电场激发，从而产生强谐波、提高单色性等效应，以实现激光的扩展和调控。
多数激光技术也得以利用激发态原子，如在激光打印、激光加工、激光医学领域，激发态原子都发挥着独特的作用。
2. 光电技术在光电技术中，激发态原子的引入常用来制造一些功能性单元，例如液晶显示器中的液晶分子显示单元、光场调制器、发光二极管等。
原子与分子物理 研究方向
原子与分子物理作为物理学的一个重要分支，研究方向主要包括但不限于以下方面：1. 原子结构与光谱学：- 研究原子内部电子的能级结构，通过分析原子光谱探索电子在原子内部的行为模式和量子化规律，包括精细结构、超精细结构和兰姆移位等。
2. 分子结构与振动光谱：- 分析分子的电子结构、几何构型、转动和振动特性，通过红外光谱、拉曼光谱、紫外-可见光谱等手段研究分子的振动和转动光谱，揭示分子内部的动态过程。
3. 分子碰撞与反应动力学：- 研究原子与原子、原子与分子、分子与分子之间的碰撞过程，包括弹性碰撞、非弹性碰撞以及化学反应的动力学过程，探究碰撞能量、角度、碰撞体系等因素对反应概率和速率的影响。
4. 分子团簇与低维物理：- 分析少原子数量组成的分子团簇的结构、稳定性、电子性质以及光学性质，研究由少数原子组成的二维和三维结构的物理性质和量子效应。
5. 量子信息与量子计算中的原子分子物理：- 探讨原子和分子作为量子比特的可能性，研究如何利用原子和分子的量子态实现量子信息的编码、存储和传输，以及构建量子计算机的硬件基础。
6. 冷原子与量子调控：- 研究极低温条件下（接近绝对零度）的原子、分子系统，包括玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）、费米气体等奇异物态，并探讨如何对其进行精确操控，以实现对量子态的主动调控。
7. 强场物理与非线性光学：- 在强激光场作用下，研究原子和分子的电离、解离、高次谐波产生等非线性效应，以及这些效应在超快光学、阿秒科学等领域的应用。
8. 计算原子与分子物理：- 利用量子力学理论和数值方法，如密度泛函理论（DFT）、多体薛定谔方程求解、蒙特卡洛模拟等，进行原子与分子系统性质的理论预测和计算模拟。
这些研究方向共同构成了原子与分子物理学科丰富而宽广的研究领域，对于材料科学、化学、生物物理、信息科学以及基础物理等诸多领域都有着深远的影响。
《激光原理》课件-2024鲜版
光束整形
光开关和光限幅
利用非线性光学材料的特性，可以制 作光开关和光限幅器，用于控制激光 的传输和输出。
通过非线性光学过程，可以对激光光 束进行整形，如光束聚焦、光束分裂 和光束合成等。
量子级联激光器性能特点
低阈值电流、高光增益、宽波长调谐范围、高输出功率等。
2024/3/27
应用领域
光纤通信、光存储、光显示、激光雷达、医疗诊断与治疗、科研与军事等。其中，光纤通信是半导体激光器 和量子级联激光器最主要的应用领域之一。在光纤通信中，它们被用作光源，将电信号转换为光信号进行传 输。
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2024/3/27
准分子激光器
准分子激光器以稀有气体卤化物为工作物质，其输出波长在紫外波段。准分子激光器具有脉 冲能量大、重复频率高等优点，被广泛应用于科研和医疗等领域。
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液体激光器与光纤激光器
2024/3/27
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液体激光器结构及工作原理
2024/3/27
结构组成
液体激光器主要由激光工作物质 （如染料溶液）、泵浦源、光学谐 振腔等部分组成。
2024/3/27
性能特点
气体激光器具有输出功率大、光束质量好、效率高、寿命长等优点。同时，它们还 具有较宽的波长调谐范围和较高的重复频率。
应用领域
气体激光器在科研、工业、医疗等领域有着广泛的应用。例如，CO2激光器可用于 切割、焊接和打孔等工业加工过程；He-Ne激光器则常用于精密测量和光学实验等 领域。
量子级联激光器利用量子阱结构中的量子限 制效应，使得电子和空穴在量子阱内复合并 释放出能量。通过串联多个量子阱结构，可 以实现更高的光增益和更低的阈值电流，从 而提高激光器的性能。
超快激光技术及其应用
超快激光技术及其应用超快激光是激光中的一种，是脉冲波在fs量级上的激光。
飞秒（fs）是极短的时间单位，即1015 s ,仅仅是1千万亿分之一秒，如果将10fs作为几何平均来衡量宇宙，其寿命仅不过1min而已。
在如此短的时间内产生的脉冲波，我们可以预料到一定有着许多有趣的性质，内为我们的科学实验带来许多帮助。
激光，顾名思义是“激发出来的光”，产生的物理基础是原子的受激辐射，这个过程是由爱因斯坦最早在1916年在理论上发现的。
受激辐射概念刚提出时没有收到应有的重视，虽然1924年就有一位德国的科学家在实验上简介地证实了受激辐射的存在。
但真正导致热门重新发掘受激辐射概念所隐含的巨大潜力是在二次世界大战之后，当人们企图将想干滇西波段从长波扩展到微波乃至光波是，发现只有借助于分子、原子这样的围观体系才能实现短波长的相干电磁波放大，爱因斯坦的受激辐射正是实现这种想干放大的物理机制。
要产生激光，需要解决两个矛盾。
首先是受激辐射与受激吸收的矛盾。
根据玻尔兹曼分布，热平衡的原子体系中总有低能级上的原子数多于高能级上的原子数，当光与体系发生相互作用时，由于吸收比受激发辐射显著，结果是将导致光信号的衰减。
因此，产生激光的一个基本条件就是要实现体系中粒子数的反转。
已处于粒子数反转的戒指叫做激活介质货增益介质，它具有对光信号的放大能力。
为使粒子数反转，需一外界能源以适当的方式对原子体系产生作用（泵浦），此能源被称为泵浦源。
产生激光所要解决的另外一个矛盾就是受激辐射与自发辐射的矛盾。
在原子体系中，这两种过程同时存在，相互竞争。
为产生激光，需使受激辐射处于优势地位。
为此，需选择合适结构的光腔（或足够长的激活介质），在轴线方向的自发辐射通过反复增益获得较高的光场能量密度，从而得以受激辐射为主的输出。
激光与普通光源又极大的不同，它具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性等特征。
在加工、存储、医疗、通信、雷达、科研、国防等领域有着极为广泛的应用。
强场激光与原子、分子相互作用的物理Q学研究
强场激光与原子、分子相互作用的物理学研究强场激光在过去几十年来一直是物理学家们广泛研究的热门话题之一。
强场激光能够将光子的能量转移给原子、分子，从而控制其运动，使其发生改变。
因此，强场激光与原子、分子相互作用的研究，既具有基础理论意义，又具有实际应用价值。
强场激光与原子、分子相互作用的物理学研究主要包括以下几个方面：1.高阶谐波产生高阶谐波产生是指在强场激光作用下，原子或分子发射出比基波频率高的倍数的谐波辐射。
高阶谐波产生的机制是由于强场激光作用下原子或分子的束缚电子被剥离后，再被加速回到原子或分子中，发生非线性效应而产生的。
高阶谐波产生在材料加工、光学成像、精密测量等领域具有广泛应用。
2.非线性光学非线性光学是指在强场激光作用下，材料的光学性质会发生改变，不再遵循线性光学的叠加原理。
非线性光学主要包括二次谐波产生、三次谐波产生、自相位调制等效应。
非线性光学在光通信、光存储等领域中有重要应用。
3.光致解离光致解离是指在强场激光作用下，分子的化学键被断裂。
光致解离的机制是由于强场激光将分子的振动能量转化为电子动能，从而使分子的化学键发生断裂。
光致解离在分子物理学、化学、材料科学等领域有广泛应用。
4.自由电子激发自由电子激发是指在强场激光作用下，原子或分子中的自由电子被加速，进而产生激发。
自由电子激发的机制是由于强场激光将能量转移到自由电子上，从而使其激发。
自由电子激发在材料科学、等离子体物理学、天体物理学等领域中具有重要意义。
以上四个方面只是强场激光与原子、分子相互作用的物理学研究的一部分，还有很多其他方面的研究，例如强场激光对原子的诱导透明和抑制透明、强场激光在光合成中的应用等等。
强场激光与原子、分子相互作用的研究有着广泛的应用前景。
例如，高阶谐波产生在材料加工中可以替代传统的机械加工方式，减小材料的损耗；非线性光学在光通信中可以扩展通信带宽，提高传输速度；光致解离可以用于材料的制备和加工；自由电子激发可以用于等离子体加热和天体物理学中的研究等等。
激光原理10第2章激光产生的基本原理(2010-10-13)
激光原理高福斌2010.9.29/652/65第2章激光产生的基本原理2.1 原子发光的机理2.1.1 原子的结构2204Zef r πε=原子序号为Z 的原子中，设电子沿以核为中心的圆形轨道运动，电子质量为m ，轨道半径为r ，绕轨道运动的速率为V ，则电子受到的库仑力为（2-1）由牛顿第二定律，电子受到库仑力等于电子绕核转动的向心力，即22204Ze V f m r r πε==（2-2）3/652h mVr n π=波尔引用量子理论，提出一个假设：电子的角动量m V r 只能等于h /2π的整数倍，即（2-3）式中，h 为普朗克常数，n （1，2，3，…）为主量子数波尔假设意味着电子运动的轨道只能是一些量子化的轨道。
联立（2-2）和（2-2）可解出波尔模型中电子量子化轨道半径为2202n h r n Z me επ=（2-4）E()3.非辐射跃迁: 既不发射又不吸收光子的跃迁(通过与其它粒子或气体容器壁的碰撞、或其它能量交换过程)4.激发态的平均寿命τ: 粒子在激发态停留时间的平均值。
τ的典型值: 10-7～10-9秒5.亚稳态:若某一激发能级与较低能级之间没有或只有微弱的辐射跃迁, 则该态的平均寿命会很长(≥10-3秒)，称亚稳能级，相应的态为亚稳态。
7/658/65一般，能级寿命10-8 ∼10-9 S如H 原子2p 态τ∼0.16×10-8S3p 态τ∼0.54×10-8S亚稳态：如He 原子的两个亚稳态能级(20.55eV)τ∼10-4 S(19.77eV)τ∼10-6 S2.2 自发辐射、受激辐射和受激吸收2.2.1 自发辐射的物理意义τ14/65由于原子以及离子、分子等内部结构的特殊性，各能级的平均寿命是不一样的。
例如：红宝石中的铬离子的能级E 3寿命很短，只有10-9s （ns ）；而能级E 2寿命却很长，为几个ms 。
这些寿命较长的能级称为亚稳态。
在氦原子、氖原子、氩原子、氪原子、铬离子、钕离子、二氧化碳分子，等等粒子中都具有这种亚稳态能级。
西北师范大学物理与电子工程学院
1.信号与系统
全日制 ④820 电子技术
2.电路分析
复试科目：微机原理与接口技术
954
017 物理与电子工程学院
智能信息处理（0809Z2）
01 语音处理与应用
01-02
02 中国文字语言与文字信息处理 杨鸿武 6（含
03 图像处理与应用
甘振业 推免 03 火元莲 生）
严春满
马冬梅
白晓娟
①101 思想政治理论
05 贾多杰 孙艳军
06 凝聚态理论
06 段文山 薛具奎
贾多杰
07 光与物质的相互作用
07 张爱霞 薛具奎
017 物理与电子工程学院
原子与分子物理（070203）
01 原子结构与原子碰撞
01 董晨钟
02 强激光场中的原子分子物理 02 赵松峰
03 团簇性质与应用 04 大气环境中的原子与分子过程
李鹏程
954 微机原理与接口技术 冯博琴、吴宁，《微型计算机原理及接口技术》（第 3 版），清华大学出版社
844 信号与系统
吴大正，《信号与系统》（第 4 版），高教版
李朝青，《单片机原理与应用》（第 3 版），北航出版社
电子与通信工程学科
980 专业基础综合
谢希仁，《计算机网络》（第 5 版），电子工业出版社
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2018 年学术型硕士研究生招生专业目录
学科、专业名称（代码） 研究方向
招生人 学制、
招生导师
学习方
数
式
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目)
同等学力加试
017 物理与电子工程学院 理论物理（070201） 01 非线性物理
激光物理领域中在量子力学理论应用的探讨
激光物理领域中在量子力学理论应用的探讨激光技术是一项重要的科学技术，在各个领域都有广泛的应用。
而量子力学作为描述微观世界的理论，已经成为了许多领域的基础。
本文将探讨激光物理领域中在量子力学理论应用的相关问题。
首先，激光的产生和调控是基于量子力学原理的。
激光的产生是通过激发原子或分子中的电子，使其跃迁到更高的能级上，然后经过受激辐射的过程产生的。
这个受激辐射的过程可以通过量子力学中的密度矩阵进行描述。
激光的调控、调谐和放大等过程也离不开量子力学的基本原理。
因此，量子力学理论在激光的产生和调控中起着至关重要的作用。
其次，激光粒子之间的相互作用也是基于量子力学理论的。
激光场中的光子是粒子性质和波动性质共同存在的，根据量子力学理论，光子的行为可以通过概率波函数来描述。
当两个激光场相互作用时，涉及到的光子数目很大，这时可以应用量子光学的方法进行描述。
量子光学不仅仅可以描述光和物质之间的相互作用，还可以描述光和光之间的相互作用，从而实现在量子信息处理和量子通信等领域的应用。
第三，激光在量子信息处理中的应用也是基于量子力学理论建立的。
量子信息处理是一项基于量子力学原理的新兴领域，激光技术为其提供了许多重要的工具和方法。
例如，激光可以作为实现量子计算的器件，通过激发和控制量子比特实现量子计算的操作。
另外，激光还可以用于实现量子通信中的量子纠缠和量子隐形传态等重要过程。
这些应用的实现都依赖于量子力学的基本原理。
最后，激光在量子力学理论研究中也发挥着重要的作用。
激光的强度、频率和相干性等特性的研究可以提供丰富的实验数据，用于验证量子力学理论中的一些假设和预测。
激光还可以用于实现特殊的态、调控量子体系的行为等研究。
这些研究在理解和深入探究量子力学的基本原理方面具有重要意义。
总之，激光物理领域中在量子力学理论的应用是十分广泛和重要的。
从激光的产生和调控到激光粒子之间的相互作用，再到在量子信息处理和量子力学研究中的应用，量子力学理论都扮演着核心的角色。
普通物理学第七版 第十四章 激光和固体的量子理论简介
最外层价电子对应的能带为价带；该带可以是满 带, 也可以是被电子部分填充的；
价带之上的能带没有分布电子, 称为空带。
在相邻的两个能带之间, 可以有不存在电子稳
定能态的能量区域, 称为禁带。
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未排满电子的价带和紧靠价带的空带又称为导带。
晶体的能带结构图
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四、导体、半导体和绝缘体 按能带论, 不同的导电性能, 是因为它们的能带结 构不同。 绝缘体: 价带满，且禁带宽（ Eg=3～6 eV） 半导体: 价带满，但禁带窄（ Eg=0.1～1.5 eV）
4.相干性好 普通光源的相干长度约为1毫米至几十厘米, 激光可 达几十千米。
可用于光学实验、全息照相、全息存储等。
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激光测距、 Laser videodisc with 激光切割金属 雷达、制导 simulated laser beam
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五、激光冷却 1.运动着的原子→共振吸收光子 基态到激发态, 动量减小, 速度减小。 2.处于激发态的原子→自发辐射光子回到基态 虽然反冲会得到动量, 但自发辐射出的光子的方向 是随机的, 多次自发辐射平均下来并不增加原子的动 量。
杂质元素的五个价电子的四个 价电子与硅或锗形成共价键, 多提供的一个电子与杂质原子 结合较弱。
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可以证明: 多余电子的能级处在禁带中紧靠空带 处，该能级称为施主能级。
施主能级上的电子极易激发到导带底形成电子导电, 从而导电性大大增强。
n 型半导体以电子导电为主。
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在四价的本征半导体硅（Si）或锗（Ge）中掺入少 量三价的杂质元素硼（B）或镓（Ga）等形成空穴 型半导体称为 p 型半导体。
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超强激光激发氘氚团簇库仑爆炸
本科毕业设计 (论文)超强激光激发氘氚团簇库仑爆炸Deuterium-Tritium coulomb explosion induced by super intense laser学院：理学院专业班级：光信息科学与技术光信071 学生姓名：何进学号： 090713107 指导教师：吴同成（讲师）2011年 6 月超强激光激发氘氚团簇库仑爆炸摘要：简要介绍了团簇的结构以及团簇的制备和团簇源制备系统，激光与团簇相互作用的相关资料，从而进一步介绍了超短超强激光与氘氚团簇相互作用,分析了可以引发核聚变的高能氘氚核产生的原因,氘氚团簇在飞秒激光的作用下,大量吸收激光能量,产生了高能离子,形成等离子体，我们提出了飞秒强激光作用下氘氚原子团簇双重膨胀机制的库仑爆炸，即库仑膨胀和流体动力性膨胀，得到团簇中离子来自库仑排斥作用的能量和半径的关系，来自有质动力势的能量和激光强度的关系，即：离子的能量随团簇尺寸的增加而增加，随照射激光强度的增加而增加。
氘氚离子可以获得足够的能量，从而实现了氘氚团簇桌面台式聚变。
关键词：超强激光；团簇；库仑爆炸Deuterium-Tritium coulomb explosioninduced by super intense laserAbstract: The structure of clusters is briefly introduced. The methods of present clusters and the system of cluster sources are reviewed. We take attention to the interaction of super intense laser pulses and clusters. The reason of producing high energy DT ions is analyzed. The present thesis is devoted to the ionization mechanism of the DT atomic-clusters irradiated by a femtosecond laser pulse. Ionic energy is calculated taking into account of the atomic-cluster Coulomb explosion and hydrodynamic expansion. We also obtain the relationship between the ion energy and the radius of the cluster and the intensity of the laser: with the increase of the size of the cluster and of the intensity of the laser, the ion energy is increasing. The DT ions can obtain enough energy, which can fulfill the DT clusters desktop fusion.Keywords: Super intense laser；clusters；Coulomb explosion目录1绪论 (1)2团簇的基本概念及简介 (2)2.1 团簇结构 (2)2.2 团簇的制备 (3)3 超短超强激光与氘氚团簇相互作用 (6)3.1强激光与团簇的相互作用 (6)3.2飞秒强激光作用下氘氚原子团簇双重膨胀机制的库仑爆炸 (6)3.2.1强激光场基本理论 (6)3.2.2强激光作用下氘氚原子团簇双重膨胀机制的库仑爆炸 (9)结论 (12)致谢 (14)参考文献 (15)1 绪论到目前为止人类所使用的所有能源当中，除了大约为5%的铀能源外，其余部分都是由太阳能转变而来的。
激光的原理与应用
激光的原理与应用摘要：本文详细介绍了激光的产生原理、特性以及在多个领域的广泛应用。
通过对激光工作物质、激励方式和光学谐振腔的阐述，解释了激光产生的物理过程。
同时，分析了激光的高亮度、高方向性、高单色性和高相干性等特性，并探讨了激光在工业、医疗、通信、科研等领域的重要应用，展示了激光技术对现代社会的巨大影响。
一、引言激光，即受激辐射光放大（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation），自20 世纪 60 年代问世以来，以其独特的性能和广泛的应用，对人类社会的发展产生了深远的影响。
激光技术已经成为现代科学技术的重要组成部分，在各个领域都发挥着不可替代的作用。
二、激光的产生原理（一）激光工作物质激光工作物质是产生激光的核心部分，它能够在特定的激励条件下实现粒子数反转。
常见的激光工作物质有固体、气体、液体和半导体等。
例如，红宝石激光器中的红宝石晶体就是一种固体激光工作物质，二氧化碳激光器中的二氧化碳气体则是气体激光工作物质。
（二）激励方式为了实现粒子数反转，需要对激光工作物质进行激励。
激励方式主要有光泵浦、电激励、化学激励等。
光泵浦是利用高强度的光源照射激光工作物质，使其中的粒子吸收能量而被激发到高能态。
电激励则是通过在激光工作物质两端施加高电压，使其中的载流子获得能量而激发。
化学激励是利用化学反应产生的能量来激发激光工作物质。
（三）光学谐振腔光学谐振腔由两个反射镜组成，它的作用是使在工作物质中产生的受激辐射光在腔内来回反射，不断得到放大，最终形成稳定的激光输出。
谐振腔的长度和反射镜的曲率半径等参数决定了激光的输出特性，如波长、功率等。
三、激光的特性（一）高亮度激光的亮度极高，比普通光源高出几个数量级。
这是因为激光具有高度的方向性和单色性，使得能量能够集中在一个很小的空间区域内。
高亮度的激光可以用于切割、焊接、打孔等工业加工领域，也可以用于激光武器等军事领域。
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当 1 1
~1
其中 I p / 2U p
多光子过程区域 隧道电离区域 过垒电离区域
1
1
~1
laser-atom interactions
Photoionization of atoms
Single photon
Multiphoton ( 1012 W/cm2 )
激光强度（功率）的进展
脉冲宽度的进展
研究的领域随激光强度的变化
CPA技术示意图
二、 强激光中原子分子性质及其机理
高次谐波(High-order Harmonic Generation)HHG 阈上电离(Above Threshold Ionization) ATI 阿秒脉冲(Attosecond Pulse)AS 分子取向(Molecular Alignment)
High-order Harmonic Generation (HHG)
Ne原子在激光场中产生的HHG
HHG 示意图
Cutoff energy
IP+3.17 UP
plateau
Three-Step Model
1. Tunneling ionization 2. Acceleration by laser field 3. Recombination/photon
激光脉冲的成像
Goulielmafis et al., Science, 320, 1614(2008)
新的80阿秒闪光可以对2.5飞秒光脉冲进行成像
四、我们的研究进展
1. 提出利用啁啾激光脉冲产生高次谐波获得超短
的阿秒脉冲
根据半经典的三步模型，我们提出利用啁啾激光脉 冲，能够使原子产生的高次谐波截止位置得到大幅度的 展宽，从而得到超短的阿秒脉冲，其脉冲宽度能够达到 26as，已经接近时间的1个原子单位。
Alignment dependence of the HHG signals from N2 calculated using the Lewenstein model. are good agreement with the results from article: Nature,432,867(2004)
啁啾激光
返回原子核附近的速度
李鹏程, 周效信等， Phys. Rev. A, 80, 053835(2009)
高次谐波谱
阿秒脉冲宽度
李鹏程, 周效信等， Phys. Rev. A, 80, 053835(2009)
2. 原子电离的动量谱
原子的动量谱比能量谱包含更多的信息，近年 的研究表明，使用SFA和TDSE方法得到的能量 谱比较接近，但是由两者得到的动量谱差别较大， 经过研究表明，这两者的差别主要来源于Coulomb 场的差别。
强激光场中原子分子的 性质及其应用
周效信 西北师范大学 物理与电子工程学院
2010.08.10 广西师范大学
内容
▪ 引言 ▪ 强激光中原子分子性质及其机理 ▪ 一些重要应用 ▪ 我们的研究进展
一、引言
通常的调Q技术和锁模技术输出的光强一般1012~1013 W/cm2 。 使 用 啁 啾 脉 冲 放 大 技 术 （ Chirped pulse amplification，CPA）所产生的激光聚焦光强超过了超过 1022 W/cm2, 已经远远超过原子核对电子的库仑相互作用。
氢原子中电子在第一Bohr轨道上所感受到原子核
Coulomb场的电场强度约为 5109V / cm ， 这个强度相当于激光光强为 3.51016W / cm2。
强激光产生的电场是目前人类可以产生的最强电场，并 且已经超过了原子中电子所感受到的核Coulomb场。因 此，强激光的出现是人类拥有了可以改变和控制物质中 电子运动并进而改变物质性质和状态的能力。
存在长程库仑势、短程势与SFA结果的比较
H- 离子的结果（低能）
周效信等， Phys. Rev. A, 77，053410（2008）
H- 离子的结果（高能）
周效信等， Phys. Rev. A, 77，053410（2008）
F- 离子的结果-TDSE
周效信等， Phys. Rev. A, 77，053410（2008）
P. B. Corkum and F. Krause, Nature Phys., 3, 381(2007)
电子的阿秒 “双缝”干涉实 验
Lindner et al., Phys. Rev. Lett., 95, 040401(2005)
ห้องสมุดไป่ตู้
测量激光的相位
G. G. Paulus et al., Phys. Rev. Lett., 91, 253004(2007)
emission
电子的重散射和高次谐波
2 Up 3.2 UP 10 Up
Up=A2/4
Above threshold Ionization (ATI)
Above threshold Ionization (ATI)
Attosecond Pulse
按照Keldysh系数，可以将激光场与原子的相互作用 分为三个区域：
N2 wave function
Nature 432,867(2004)
用阿秒脉冲测量原子内部电子的运动
as
10-18 s
fs
10-15 s
ps
10-12 s
Time
Circulation Vibration Rotation
内壳层激发的俄歇过程(Kr)
M. Drescher et al., Nature, 419, 803(2002)
Tunneling ( 1015 W/cm2 )
Light intensity 1 a.u. 3 x1016 W/cm2
Alignment of molecules
三、 一些重要应用
原子和分子在强激光场中的性质有很多应用 价值而引起了国内外学者的极大兴趣，这里仅 举出几个重要例子加以说明。
用高次谐波重构分子的波函数
3. 分子产生的高次谐波
我们将原子的强场理论方法推广到分子体系，研究了 最高占据分子轨道对高次谐波的影响，得出的结果与 发表在Nature上的实验结果（2004年）一致。
High-Order Harmonic Generation (HHG) of N2 molecular
Alignment dependencd of the HHG signals from N2, 30fs, 800nm, 3x1014W/cm2