物理学史11-1.ppt

物理学史11-1.ppt

《物理学史11-1.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理学史11-1.ppt（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

第十一章现代光学的兴起现代光学泛指现代光学泛指20世纪世纪60年代激光出现后光学的新进展，包括激光科学、量子年代激光出现后光学的新进展，包括激光科学、量子光学、激光光谱学、非线性光学、全息术、信息光学等。

光学、激光光谱学、非线性光学、全息术、信息光学等。

11-1激光科学的孕育和准激光科学的孕育和准备1、爱因斯坦、爱因斯坦1916年提出受激发射的概念年提出受激发射的概念何叫受激发射何叫受激发射P346页页爱因斯坦把普朗克的量子假说大大向前推进。

爱因斯坦把普朗克的量子假说大大向前推进。

1929年普朗克（左）亲自把奖章颁发给爱因斯坦年普朗克（左）亲自把奖章颁发给爱因斯坦2、1946年瑞士科学家布洛赫在做核磁感应实验时观察到微波辐射和工作物质年瑞士科学家布洛赫在做核磁感应实验时观察到微波辐射和工作物质间的共振信号，并初次观察到粒子数反转现象（低能级上的粒子数比高能级上间的共振信号，并初次观察到粒子数反转现象（低能级上的粒子数比高能级上的粒子数少，的粒子数少，N2N1）布洛赫在做实验布洛赫在做实验第十一章现代光学的兴起1948年，核磁共振的另一位发现者年，核磁共振的另一位发现者帕塞尔帕塞尔有意识有意识地研究了磁场中各子能级的集居数。

地研究了磁场中各子能级的集居数。

1951年他和合年他和合作者作者第一次在实验室中实现了粒子数反转第一次在实验室中实现了粒子数反转，观察到，观察到了负吸收。

发现了负吸收。

发现LiF晶体在晶体在50Hz附近会产生零场谐附近会产生零场谐振，时间很长。

振，时间很长。

帕塞尔在做实验帕塞尔在做实验帕塞尔用过的核磁共振池帕塞尔用过的核磁共振池帕塞尔的反转核磁化记录帕塞尔的反转核磁化记录第十一章现代光学的兴起1949年，法国物理学家卡斯特勒发展了光泵方法，为此，他获得了年，法国物理学家卡斯特勒发展了光泵方法，为此，他获得了1971年的年的诺贝尔物理学奖。

所谓诺贝尔物理学奖。

所谓光泵光泵，就是利用光辐射实现粒子数反转。

他的工作为以，就是利用光辐射实现粒子数反转。

他的工作为以后的固体激光器的研制打下了基础。

后的固体激光器的研制打下了基础。

第二次世界大战中雷达得到广泛应用，第二次世界大战中雷达得到广泛应用，微波技术发展很快，微波器件充分发展，微波技术发展很快，微波器件充分发展，磁共振方法因而得到研究，光泵方法也大磁共振方法因而得到研究，光泵方法也大显身手。

微波波谱学发展起来了，也就为显身手。

微波波谱学发展起来了，也就为发明发明微波激射放大器微波激射放大器（脉塞（脉塞maser）准备）准备了充分条件了充分条件.图为图为1940年年11月麻省理工学院的辐射月麻省理工学院的辐射实验室，正在紧张研究雷达实验室，正在紧张研究雷达1952年，韦伯提出了利用受激发射原理，年，韦伯提出了利用受激发射原理，使某些工作物质激发，使之具有放大电磁使某些工作物质激发，使之具有放大电磁波的量子放大器的作用。

波的量子放大器的作用。

第十一章现代光学的兴起11-2微波激射放大器微波激射放大器（脉塞（脉塞maser）的发明的发明汤斯在调整他的第二台氨分子束微波激射器汤斯在调整他的第二台氨分子束微波激射器1954年，美国物理学家汤斯研制出世界上最年，美国物理学家汤斯研制出世界上最早的微波激射放大器早的微波激射放大器氨分子微波激射器。

氨分子微波激射器。

与此同时，前苏联列别捷夫物理研究所的巴与此同时，前苏联列别捷夫物理研究所的巴索夫和普洛霍洛夫也独立地研制出氨分子微波索夫和普洛霍洛夫也独立地研制出氨分子微波激射器。

激射器。

微波激射器的研制成功，给人们很大的启发，微波激射器的研制成功，给人们很大的启发，促使科学家们去思考能否应用同样的原理在光促使科学家们去思考能否应用同样的原理在光频波段实现受激发射。

频波段实现受激发射。

第十一章现代光学的兴起11-3激光器的设想和实现激光器的设想和实现肖洛在做实验肖洛在做实验汤斯和肖洛在一起（图中右上角是早期的激光器）汤斯和肖洛在一起（图中右上角是早期的激光器）1958年，肖洛和汤斯在一篇著名的文章中讨论了由微波激射器过渡到激光器年，肖洛和汤斯在一篇著名的文章中讨论了由微波激射器过渡到激光器所存在的问题，并建议用钾蒸汽作激光工作物质，而认为用红宝石不易实现受所存在的问题，并建议用钾蒸汽作激光工作物质，而认为用红宝石不易实现受激发射。

可是美国加利福尼亚休斯研究所的激发射。

可是美国加利福尼亚休斯研究所的梅曼梅曼冲破这一禁区，巧妙地使用脉冲破这一禁区，巧妙地使用脉冲氙灯作光激励源，于冲氙灯作光激励源，于1960年制成世界上第一台红宝石激光器。

年制成世界上第一台红宝石激光器。

第十一章现代光学的兴起梅曼的第一台红宝石激光器原理图梅曼的第一台红宝石激光器原理图第一台红宝石激光器第一台红宝石激光器实物图实物图红宝石晶体被螺旋状氙红宝石晶体被螺旋状氙闪光灯所激励，发出激光闪光灯所激励，发出激光脉冲脉冲梅曼正在演示他的第一支梅曼正在演示他的第一支红宝石激光器红宝石激光器第十一章现代光学的兴起从从1916年爱因斯坦提出受激发射的概念，到年爱因斯坦提出受激发射的概念，到1960年第一台激光器的诞生，历年第一台激光器的诞生，历经了经了40多年。

多年。

自从自从1960年制成第一台激光器以来，激光已成为现代科学技术最活跃的领年制成第一台激光器以来，激光已成为现代科学技术最活跃的领域之一。

它的出现标志着人们掌握和利用光进入了一个新阶段，使古老的光学域之一。

它的出现标志着人们掌握和利用光进入了一个新阶段，使古老的光学焕发了青春。

激光的发展有力地促进了其他科学技术的发展，并获得多方面的焕发了青春。

激光的发展有力地促进了其他科学技术的发展，并获得多方面的应用。

应用。

第十一章现代光学的兴起p图图11161960年索洛金和史蒂文森在调整年索洛金和史蒂文森在调整CaF2U3+激光器激光器第十一章现代光学的兴起p图图1117贾瓦在贝尔实验室演示第一台氦氖激光器贾瓦在贝尔实验室演示第一台氦氖激光器第十一章现代光学的兴起p图图1118经里格罗德等人改进的氦氖激光器经里格罗德等人改进的氦氖激光器第十一章现代光学的兴起p图图1119古尔德古尔德封存的笔记中的一页封存的笔记中的一页第十一章现代光学的兴起p图图11-20佩特尔正在调整他的第一台佩特尔正在调整他的第一台CO2激光器激光器第十一章现代光学的兴起p图图1121阿尔费罗夫阿尔费罗夫第十一章现代光学的兴起p图图1122克勒默克勒默第十一章现代光学的兴起p图图1123一种新型激光二极管正在试验一种新型激光二极管正在试验第十一章现代光学的兴起p图图1124光通讯中的光电子学器件光通讯中的光电子学器件第十一章现代光学的兴起p图图1125用于激光聚用于激光聚变实验的巨型变实验的巨型Shiva激激光器光器第十一章现代光学的兴起p图图1126伽博的伽博的第一张全息照片第一张全息照片第十一章现代光学的兴起p图图1127伽博站在他的全息相片面前伽博站在他的全息相片面前第十一章现代光学的兴起p图图1128汉胥小组使用的激光光谱学实验装置汉胥小组使用的激光光谱学实验装置第十一章现代光学的兴起p图图1129饱和吸收光谱法的原理图饱和吸收光谱法的原理图第十一章现代光学的兴起p图图1130用饱和吸收用饱和吸收光谱法测出的氢谱线光谱法测出的氢谱线H第十一章现代光学的兴起p图图1131利用石英晶体把红宝石激光器发出的红光变成蓝光利用石英晶体把红宝石激光器发出的红光变成蓝光第十一章现代光学的兴起p图图1132布隆姆贝根布隆姆贝根1974年在哈佛实验室里年在哈佛实验室里第十一章现代光学的兴起p图图1133用于量子计算的激光设备，可以使钙离子在两态之间变换用于量子计算的激光设备，可以使钙离子在两态之间变换第十一章现代光学的兴起p图图11341997年年MIT小组用于观测玻色爱小组用于观测玻色爱因斯坦凝聚的实验装置因斯坦凝聚的实验装置第十一章现代光学的兴起p图图1135MIT小组所做的玻色爱因斯坦凝聚的实验图象。

图象显示原子从原子陷阱中逸小组所做的玻色爱因斯坦凝聚的实验图象。

图象显示原子从原子陷阱中逸出出6ms之后原子的密度分布。

更热的原子运动得更快，所以，在转变温度之上时原子有一之后原子的密度分布。

更热的原子运动得更快，所以，在转变温度之上时原子有一个很宽的分布（如左图）。

正当达到转变温度时，出现了尖锐的峰（如中图），这是由于个很宽的分布（如左图）。

正当达到转变温度时，出现了尖锐的峰（如中图），这是由于原子正在凝聚到陷阱的基态。

远低于转变温度时，所有的原子都进入了基态，仅仅留下中原子正在凝聚到陷阱的基态。

远低于转变温度时，所有的原子都进入了基态，仅仅留下中央的峰（如右图）。

央的峰（如右图）。

第十一章现代光学的兴起p图图1136原子芯片原子芯片外形图外形图