[理学]1_绪论激光物理进展.ppt

华中师范大学物理学院 徐俊 2012年2月 教师简介 考核方式 第一讲 绪 论 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 一、激光诞生历史 二、激光是什么？ * 《激光原理》 2011-2012学年度第二学期物理学院物教、基地专业 联系方式： TelEmail：xujun@phy.ccnu.edu.cn 研究方向：量子光学、激光物理 1998-2002 华中师范大学物理科学与技术学院，学士学位。 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。 2007年7月任职于华中师范大学物理科学与技术学院。 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。 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 Laser Physics M. Sargent III, 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 Quantum Optics M. O. Scully and M. S. Zubairy, Cambridge University Press, 1997 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） 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。 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。 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。 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。 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。 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 。 主要内容 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） 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。 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。 1964年获Nobel 奖，表彰他们在量子电子学方面的基础研究。 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） 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