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1、激光物理导论,Copyright to Kansas State University,课程名称：激光物理导论,课程性质：专业限选课,授课学时：36 学时 (周2学时),课程学分：2学分,成绩评定：出勤 (40%)+小论文 (60%),课程基本情况,教材和参考书,陈钰清和王静环，激光原理，浙江大学出版社，2010伍长征等，激光物理学，复旦大学出版社，1989张志刚，飞秒激光技术，科学出版社，2011C.Rullire,Femtosecond Laser Pulses-Principles and Experiments, 科学出版社，2007Christopher C. Davis,Laser
2、s and Electro-Optics(激光与 电光学)，Cambridge University Press，1996 (1998授权世界图书 出版公司北京分公司独家重印发行),参考书：,教材(试用)：,阎吉祥等， 激光原理与技术， 高等教育出版社， 2011,授课内容,第一章 激光的问世和发展,第二章 激光的特性及其应用,第三章 激光的物理基础和基本原理,第五章 常见的激光器,第六章 激光技术,第七章 激光与物质的相互作用,第四章 光学谐振腔和高斯光束,普通光源： 自发辐射占优势激光光源： 受激辐射占优势,Light Amplification by Stimulated Emissio
3、n of Radiation(通过受激辐射实现光放大),激 光 （Laser）,第一章 激光的问世和发展,“激光”钱学森在1964年建议,“镭射”台湾、香港,激光的问世,1916年,爱因斯坦提出受激辐射概念,1.理论和技术基础：,1946年,布洛赫提出粒子数反转概念,1948年,柏塞尔发现粒子数反转现象,提出负温度的概念,与布洛赫分享1952年诺贝尔物理学奖,1913年,波尔提出原子能级假说,获1922年诺贝尔物理学奖,1900年,普朗克提出能量子假说,获1918年诺贝尔物理学奖,1905年,爱因斯坦提出光量子概念,获1921年诺贝尔物理学奖,1949年,卡斯特勒发明光泵,1971年获得诺贝尔
4、物理学奖,无线电电子学的发展对激光的促进,2. 社会需要：,光源发展需要,1958年12月,肖洛和汤斯在物理评论上发表红外区和光学激射器,论证将微波激射技术扩展到红外区和可见光区的可能性。这是激光史上有重要意义的历史文献。汤斯因此于1964年获诺贝尔物理学奖。,1957年,汤斯和肖洛最先发表激光器的详细方案，引人激光的概念,The first laser,结构示意图,波长为694.3nm,MASER (脉泽,微波激射器)：通过受激辐射实现微波放大,1954年，第一台氨分子Maser建成，首次实现了粒子数反转，其主要作用是放大无线电信号，以便研究宇宙背景辐射。Townes由于在受激辐射放大方面的
5、成就获得1964年诺贝尔物理学奖。,(腔型红宝石脉泽),探测宇宙微波背景辐射，探索宇宙起源,2.7K which supports the Bing Bang model of the universe,1960年，美国加利福尼亚休斯航空公司实验室的研究员梅曼发明了世界上第一台红宝石激光器,(钕玻璃激光),(光纤激光器),(砷化镓半导体激光器),atient: 病人retinal tumor: 视网膜肿瘤,: rnik,固体激光器,液体激光器,半导体激光器,气体激光器,因对激光及其应用的创造性贡献而先后获诺贝尔物理学奖的科学家共有10位.,The Nobel Prize in Physics1
6、964,Kai M. Siegbahn Uppsala University Uppsala, Sweden,The Nobel Prize in Physics 1981,(激光光谱学),The Nobel Prize in Physics 1997,for development of methods to cool and trap atoms with laser light (原子的激光冷却和陷俘),美国标准技术研究所(NIST),朱棣文,国内激光技术发展,1.1961年8月，中国第一台红宝石激光器问世，中国科学院 长春光学精密机械研究所研制成功。,2.1964年，我国第一所，也是当
7、时世界上第一所激光技术 的专业研究所-中国科学院上海光学精密机械研究所 (简称“上海光机所”)成立。,高功率固体激光华光装置（109W）中国科技大学 星光装置（1011W）中国科学院上海光机所 神光装置（1012W）中国科学院上海光机所天光装置（1015W）中国科学院上海光机所极光装置（1015W）中国物理所,极光I号装置（1999年完成） 脉冲能量：36mJ 脉 宽：25fs 峰值功率：1.4TW,极光II号装置（2001年完成） 脉冲能量：640mJ 脉 宽：31fs 峰值功率：20TW,物理所TW激光装置的发展,极光III装置,原主要指标 单脉冲能量：8J 脉冲宽度： 200TW,鉴定时
8、达到的指标 单脉冲能量：10.9J 脉冲宽度： 31fs (最短27.6fs) 峰值功率： 355TW 重复频率： 20分钟一发,激光峰值强度的研究进展,激光脉冲宽度的研究进展,激光的峰值强度和脉冲宽度的研究进展,The 50th anniversary of the laser: One of the worlds most powerful petawatt laserfacilities created at the Institute of Applied Physics, Russian Academy of Science.,拍瓦激光 (Petawatt laser),目前功率最高
9、的Ti:Sapphire 激光器(0.85PW), 日本原子能研究所；,Kansai: 关西,英国RAL(卢瑟福阿普 尔顿实验室 )已经在 Vulcan 激光器上完成 了从100TW到PW的升级；,美国和法国正在对他们 的激光器进行百TW到PW 的升级。,最强激光器,位于加州的美国国家点火装置组合192道激光束，组合峰值功率最高达500万亿瓦特(0.5PW),将用于激光惯性约束核聚变反应解决能源问题。,太阳上无穷尽的能量来源于其上氢的核聚变反应！,核聚变能源是人类未来理想清洁的新能源,最短激光脉冲,K. Zhao, Q. Zhang, M. Chini, Y. Wu, X. Wang, and
10、 Z. Chang, Opt. Lett. 37, 3891 (2012). (美国中弗罗里达大学),Zenghu Chang, distinguished professor,Time resolution: 1/60th of a second,The horse in motion,Why try to produce ultrashort laser pulse？,Harold EdgertonMIT, 1942,“How to Make Apple sauce at MIT” 1964,“Splash on a Glass” Junior High School student 19
11、96,Strobe photography (频闪摄影术),Time resolution: a few microseconds ( ),Tomato,Time attoseconds,Attosecond time scales,Femtosecond time scales,Picosecond time scales,Ahmed H. Zewail used ultrafast-laser techniques to study how atoms in a molecule move during chemical reactions.,The 1999 Nobel Prize in
12、 Chemistry awarded to Professor Ahmed H. Zewail of California institute of Technology (加州理工) for ultrafast spectroscopy (femtochemistry).,Chemical reaction,Bond Breakage and Bond Formation,Femtoschemistry,The isomerization of HCN,How atoms move in molecule?,Why try to make attosecond pulses?,Characteristic time scaleBohr-orbit time in hydrogen: 152 attoseconds,Real-time observation of the ultrafast electronic dynamics in matters.,Tracing or Manipulating?,How far is the zeptosecond era?,
