第一章-激光的問世和發(fā)展課件

激光物理導(dǎo)論CopyrighttoKansasStateUniversity激光物理導(dǎo)論CopyrighttoKansasStat1課程名稱：激光物理導(dǎo)論課程性質(zhì)：專業(yè)限選課授課學(xué)時(shí)：36學(xué)時(shí)(周2學(xué)時(shí))課程學(xué)分：2學(xué)分成績?cè)u(píng)定：出勤(40%)+小論文(60%)課程基本情況課程名稱：激光物理導(dǎo)論課程性質(zhì)：專業(yè)限選課授課學(xué)時(shí)：36學(xué)2教材和參考書陳鈺清和王靜環(huán)，《激光原理》，浙江大學(xué)出版社，2010伍長征等，《激光物理學(xué)》，復(fù)旦大學(xué)出版社，1989張志剛，《飛秒激光技術(shù)》，科學(xué)出版社，2011C.Rullière,《FemtosecondLaserPulses--Principlesand

Experiments》,科學(xué)出版社，2007ChristopherC.Davis,《LasersandElectro-Optics》(激光與電光學(xué))，CambridgeUniversityPress，1996(1998授權(quán)世界圖書出版公司北京分公司獨(dú)家重印發(fā)行)參考書：教材(試用)：閻吉祥等，《激光原理與技術(shù)》，高等教育出版社，2011教材和參考書參考書：教材(試用)：閻吉祥等，《激光原理與技3授課內(nèi)容第一章激光的問世和發(fā)展第二章激光的特性及其應(yīng)用第三章激光的物理基礎(chǔ)和基本原理第五章常見的激光器第六章激光技術(shù)第七章激光與物質(zhì)的相互作用第四章光學(xué)諧振腔和高斯光束授課內(nèi)容第一章激光的問世和發(fā)展第二章激光的特性及其應(yīng)用第4普通光源：

自發(fā)輻射占優(yōu)勢激光光源：

受激輻射占優(yōu)勢

LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation

(通過受激輻射實(shí)現(xiàn)光放大)激光

（Laser）第一章激光的問世和發(fā)展“激光”——錢學(xué)森在1964年建議

“鐳射”——臺(tái)灣、香港

普通光源：自發(fā)輻射占優(yōu)勢LightAmplificat5激光的問世1916年,愛因斯坦提出受激輻射概念1.理論和技術(shù)基礎(chǔ)：1946年,布洛赫提出粒子數(shù)反轉(zhuǎn)概念1948年,柏塞爾發(fā)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象,提出負(fù)溫度的概念,與布洛赫分享1952年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)1913年,波爾提出原子能級(jí)假說,獲1922年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)1900年,普朗克提出能量子假說,獲1918年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)1905年,愛因斯坦提出光量子概念,獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)1949年,卡斯特勒發(fā)明光泵,1971年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)激光的問世1916年,愛因斯坦提出受激輻射概念1.理論和技術(shù)6無線電電子學(xué)的發(fā)展對(duì)激光的促進(jìn)2.社會(huì)需要：光源發(fā)展需要1958年12月,肖洛和湯斯在《物理評(píng)論》上發(fā)表《紅外區(qū)和光學(xué)激射器》,論證將微波激射技術(shù)擴(kuò)展到紅外區(qū)和可見光區(qū)的可能性。這是激光史上有重要意義的歷史文獻(xiàn)。湯斯因此于1964年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1957年,湯斯和肖洛最先發(fā)表激光器的詳細(xì)方案，引人激光的概念無線電電子學(xué)的發(fā)展對(duì)激光的促進(jìn)2.社會(huì)需要：光源發(fā)展需要17Thefirstlaser結(jié)構(gòu)示意圖波長為694.3nmThefirstlaser結(jié)構(gòu)示意圖波長為694.3nm8MASER(脈澤,微波激射器)：通過受激輻射實(shí)現(xiàn)微波放大MASER(脈澤,微波激射器)：通過受激輻射實(shí)現(xiàn)微波放大91954年，第一臺(tái)氨分子Maser建成，首次實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，其主要作用是放大無線電信號(hào)，以便研究宇宙背景輻射。Townes由于在受激輻射放大方面的成就獲得1964年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1954年，第一臺(tái)氨分子Maser建成，首次實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)10第一章-激光的問世和發(fā)展課件11(腔型紅寶石脈澤)(腔型紅寶石脈澤)12第一章-激光的問世和發(fā)展課件13探測宇宙微波背景輻射，探索宇宙起源2.7KwhichsupportstheBingBangmodeloftheuniverse探測宇宙微波背景輻射，探索宇宙起源2.7Kwhichsu14第一章-激光的問世和發(fā)展課件15第一章-激光的問世和發(fā)展課件161960年，美國加利福尼亞休斯航空公司實(shí)驗(yàn)室的研究員梅曼發(fā)明了世界上第一臺(tái)紅寶石激光器1960年，美國加利福尼亞休斯航空公司實(shí)驗(yàn)室的17(釹玻璃激光)

(光纖激光器)

(砷化鎵半導(dǎo)體激光器)

(釹玻璃激光)(光纖激光器)(砷化鎵半導(dǎo)體激光器)18第一章-激光的問世和發(fā)展課件19patient:病人retinaltumor:視網(wǎng)膜腫瘤patient:病人20[?:r'ɡ?nik][?:r'ɡ?nik]21固體激光器液體激光器半導(dǎo)體激光器氣體激光器固體激光器液體激光器半導(dǎo)體激光器氣體激光器22第一章-激光的問世和發(fā)展課件23第一章-激光的問世和發(fā)展課件24因?qū)す饧捌鋺?yīng)用的創(chuàng)造性貢獻(xiàn)而先后獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的科學(xué)家共有10位.因?qū)す饧捌鋺?yīng)用的創(chuàng)造性貢獻(xiàn)而先后獲諾貝爾25TheNobelPrizeinPhysics1964CharlesHardTownes

MITCambridge,

Massachusetts,USA

NicolayGennadiyevichBasov

P.N.LebedevPhysicalInstitute

Moscow,USSR

AleksandrMikhailovichProkhorov

P.N.LebedevPhysicalInstitute

Moscow,USSR

forfundamentalworkinthefieldofquantumelectronics,whichhasledtotheconstructionofoscillatorsandamplifiersbasedonthemaser-laserprinciple.

TheNobelPrizeinPhysics196426NicolaasBloembergenHarvardUniversity

Cambridge,MA,USA

ArthurLeonardSchawlow

StanfordUniversity

Stanford,CA,USA

KaiM.Siegbahn

UppsalaUniversity

Uppsala,Sweden

TheNobelPrizeinPhysics1981fortheircontributiontothedevelopmentoflaserspectroscopy

forhiscontributiontothedevelopmentofhigh-resolutionelectronspectroscopy(激光光譜學(xué))NicolaasArthurLeonardTheN27StevenChuStanfordUniversityStanford,CA,USAClaudeCohen-TannoudjiCollègedeFrance;écoleNormaleSupérieureParis,France

WilliamD.Phillips

NationalInstituteofStandardsandTechnologyGaithersburg,MD,USA

TheNobelPrizeinPhysics1997fordevelopmentofmethodstocoolandtrapatomswithlaserlight

(原子的激光冷卻和陷俘)美國標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所(NIST)

朱棣文StevenChuClaudeCohen-Tannoud28國內(nèi)激光技術(shù)發(fā)展1.1961年8月，中國第一臺(tái)紅寶石激光器問世，中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械研究所研制成功。

國內(nèi)激光技術(shù)發(fā)展1.1961年8月，中國第一臺(tái)紅寶石激光器問292.1964年，我國第一所，也是當(dāng)時(shí)世界上第一所激光技術(shù)的專業(yè)研究所—-中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所(簡稱“上海光機(jī)所”)成立。激光器的第一臺(tái)研制成功時(shí)間研制人紅寶石激光器1961年8月鄧錫銘等He-Ne激光器1963年7月鄧錫銘等摻釹玻璃激光器1963年6月干福熹GaAs同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器1963年12月王守武CO2分子激光器1965年9月王潤文等2.1964年，我國第一所，也是當(dāng)時(shí)世界上第一所激光技術(shù)激光30高功率固體激光華光裝置（109W）——中國科技大學(xué)

星光裝置（1011W）——中國科學(xué)院上海光機(jī)所

神光裝置（1012W）——中國科學(xué)院上海光機(jī)所天光裝置（1015W）——中國科學(xué)院上海光機(jī)所極光裝置（1015W）——中國物理所高功率固體激光31極光I號(hào)裝置（1999年完成）脈沖能量：36mJ脈寬：25fs峰值功率：1.4TW極光II號(hào)裝置（2001年完成）脈沖能量：640mJ脈寬：31fs峰值功率：~20TW物理所TW激光裝置的發(fā)展極光I號(hào)裝置（1999年完成）極光II號(hào)裝置（2001年完成32極光III裝置原主要指標(biāo)

單脈沖能量：>8J脈沖寬度：<40fs峰值功率：>200TW鑒定時(shí)達(dá)到的指標(biāo)單脈沖能量：10.9J脈沖寬度：31fs(最短27.6fs)峰值功率：355TW重復(fù)頻率：20分鐘一發(fā)極光III裝置原主要指標(biāo)鑒定時(shí)達(dá)到的指標(biāo)33激光峰值強(qiáng)度的研究進(jìn)展激光脈沖寬度的研究進(jìn)展激光的峰值強(qiáng)度和脈沖寬度的研究進(jìn)展激光峰值強(qiáng)度的研究進(jìn)展激光脈沖寬度的研究進(jìn)展激光的峰值強(qiáng)度和34The50thanniversaryofthelaser:Oneoftheworld’smostpowerfulpetawattlaserfacilitiescreatedattheInstituteofAppliedPhysics,RussianAcademyofScience.拍瓦激光(Petawattlaser)The50thanniversaryofthela35目前功率最高的Ti:Sapphire激光器(0.85PW),日本原子能研究所；Kansai:關(guān)西英國RAL(盧瑟?！ぐ⑵?/p>

爾頓實(shí)驗(yàn)室)已經(jīng)在Vulcan激光器上完成了從100TW到PW的升級(jí)；美國和法國正在對(duì)他們的激光器進(jìn)行百TW到PW的升級(jí)。目前功率最高的Ti:Sapphire激光器(0.85PW)36最強(qiáng)激光器位于加州的美國國家點(diǎn)火裝置組合192道激光束，組合峰值功率最高達(dá)500萬億瓦特(0.5PW),將用于激光慣性約束核聚變反應(yīng)解決能源問題。最強(qiáng)激光器位于加州的美國國家點(diǎn)火裝置組合192道激光束，組合37太陽上無窮盡的能量來源于其上氫的核聚變反應(yīng)！

核聚變能源是人類未來理想清潔的新能源太陽上無窮盡的能量來源于其上氫的核聚變反應(yīng)！核聚變能源是人38最短激光脈沖K.Zhao,Q.Zhang,M.Chini,Y.Wu,X.Wang,andZ.Chang,Opt.Lett.37,3891(2012).(美國中弗羅里達(dá)大學(xué))ZenghuChang,distinguishedprofessor最短激光脈沖K.Zhao,Q.Zhang,M.Ch39Timeresolution:1/60thofasecondThehorseinmotionWhytrytoproduceultrashortlaserpulse？Timeresolution:1/60thofas40HaroldEdgertonMIT,1942“HowtoMakeApplesauceatMIT”1964“SplashonaGlass”JuniorHighSchoolstudent1996Strobephotography(頻閃攝影術(shù))Timeresolution:afewmicroseconds()TomatoHarold“HowtoMake“Splashon41Time[attoseconds]AttosecondtimescalesFemtosecondtimescalesPicosecondtimescalesTime[attoseconds]Attosecondt42AhmedH.Zewailusedultrafast-lasertechniquestostudyhowatomsinamoleculemoveduringchemicalreac