第一章激光器的基本概念2

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1、中国科学院大学物理学院中国科学院大学物理学院参考书参考书: 2. 激光物理基础激光物理基础哈尔滨工业大学出版社哈尔滨工业大学出版社 王雨三，张中华王雨三，张中华 主编主编3. 激光物理激光物理北京邮电大学出版社北京邮电大学出版社 卢亚雄，余学才，张晓霞编著卢亚雄，余学才，张晓霞编著5.Laser Theory Hermann Haken, Springer-Verlag, 1984 4.Principles of Lasers Orazio Svelto, Springer1.高等激光物理学高等激光物理学高等教育出版社高等教育出版社 李福利李福利 编著编著主要内容主要内容: 激光器的基本概念、

2、速率方程激光器的基本概念、速率方程 理论理论,半经典理论和全量子理论半经典理论和全量子理论课程要求课程要求: 30%平时平时+70%笔试笔试联系方式联系方式: 第一章 激光器的基本概念激光器激光器:利用受激辐射实现光的放大利用受激辐射实现光的放大Laser : Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation1917年年-爱因斯坦爱因斯坦-受激辐射发光过程的提出受激辐射发光过程的提出从理论上预言了产生激光的可能性，然而这从理论上预言了产生激光的可能性，然而这种可能性变为现实经历了几十年。种可能性变为现实经历了几十年。1954年年-汤

3、斯汤斯等人实现了微波的受激放大等人实现了微波的受激放大除了工作波长位于微波波段以外，工作原除了工作波长位于微波波段以外，工作原理已和激光非常接近。理已和激光非常接近。1958年年-肖洛和汤斯肖洛和汤斯提出将微波量子放大器的原理推广到光提出将微波量子放大器的原理推广到光波领域。波领域。戈登戈登等研究了包含两个球面镜的光谐振腔的工作模式，并等研究了包含两个球面镜的光谐振腔的工作模式，并证实了它具有稳定的准直性和较低的衍射损耗，还推导出证实了它具有稳定的准直性和较低的衍射损耗，还推导出高斯场模横向分布的最低阶横模高斯场模横向分布的最低阶横模TEM00。1960年年 梅曼梅曼在休斯实验室成功地制造出红

4、宝石激光器在休斯实验室成功地制造出红宝石激光器此后，激光高速发展，各种气体、固体、染料和半导此后，激光高速发展，各种气体、固体、染料和半导体激光器相继出现，许多相关技术开发出来，激光器在体激光器相继出现，许多相关技术开发出来，激光器在各个领域内广泛应用。各个领域内广泛应用。1961年年 中国科学院长春光机所在中国科学院长春光机所在王大王大珩珩领导下，用国产红宝石制造出领导下，用国产红宝石制造出中国第中国第一台红宝石激光器一台红宝石激光器。1961年年R. W. Hellwarth发明发明Q开关技术开关技术。1962年年L. E. Hargrave研究成功研究成功锁模技术锁模技术。1964年年N

5、. G. Basov和中国科学院王淦昌和中国科学院王淦昌独立提出利用独立提出利用激光进行核聚变激光进行核聚变的初步物理的初步物理模型。模型。1964年年 美国的理论物理学家美国的理论物理学家兰姆兰姆提出了提出了气体激光的半经典气体激光的半经典理论理论，成功地解释了在气体激光的功率曲线中心出现的凹陷，成功地解释了在气体激光的功率曲线中心出现的凹陷（兰姆凹陷兰姆凹陷），为气体激光的饱和吸收稳频奠定了理论基础。），为气体激光的饱和吸收稳频奠定了理论基础。1966年年 高锟高锟在英国标准电信实验室建立在英国标准电信实验室建立光光纤通信纤通信的物理模型。研究成果成为光通信和的物理模型。研究成果成为光通信

6、和激光光电子学的重大里程碑。激光光电子学的重大里程碑。1981年年A.Schawlow和和N.Bloembergen荣获荣获1981年诺贝尔物理学奖，表年诺贝尔物理学奖，表彰他们在彰他们在激光光谱学激光光谱学方方面的开创性贡献。面的开创性贡献。1997年年 朱棣文，朱棣文，C.Cohen-Tannoudji和和W.Phillips获得诺贝尔获得诺贝尔物理学奖，表彰他们在物理学奖，表彰他们在激光捕获和冷却原子激光捕获和冷却原子领域的开创性研究领域的开创性研究成果。成果。1999年年 A. Zewail获得诺贝尔化学奖，表彰获得诺贝尔化学奖，表彰他在他在飞秒化学飞秒化学领域所做出的卓越贡献。领域所

7、做出的卓越贡献。2005年年 J.L.Hall和和T.Hansch荣获诺荣获诺贝尔物理学奖，表彰他们在贝尔物理学奖，表彰他们在精密激精密激光光谱光光谱分析所做出的贡献，以及发分析所做出的贡献，以及发明明飞秒飞秒“光学频率梳技术光学频率梳技术”，使光，使光学频率测量获得重大进展。学频率测量获得重大进展。2005年的诺贝尔物理学奖同时颁发给年的诺贝尔物理学奖同时颁发给R.J.Glauber，以表彰，以表彰他对他对量子光学量子光学的贡献。的贡献。高锟高锟分享了分享了2009年的诺贝尔物理学奖，以表彰他在年的诺贝尔物理学奖，以表彰他在光纤通光纤通信信研究中做出的开创性贡献。研究中做出的开创性贡献。22

8、,EN11,E N21hEE自发辐射自发辐射受激辐射受激辐射受激吸收受激吸收21hEE21hEE光与物质相互作用光与物质相互作用自发辐射自发辐射21212dNA N dtA21自发辐射系数自发辐射系数受激辐射受激辐射受激吸收受激吸收12121dNB Ndt21212dNB NdtB21受激辐射系数受激辐射系数B12受激吸收系数受激吸收系数22,EN11,E N21hEE21hEE21hEE单位体积，单位体积，dt时间内，时间内，自发辐射的粒子数自发辐射的粒子数单位体积，单位体积，dt时间内，时间内，受激辐射的粒子数受激辐射的粒子数单位体积，单位体积，dt时间内，时间内，受激吸收的粒子数受激吸收

9、的粒子数A21, B21与与B12统称为爱因斯坦系数统称为爱因斯坦系数光能密度爱因斯坦系数的关系爱因斯坦系数的关系 (A21, B21与与B12)T考虑一个达到热平衡的空腔系统考虑一个达到热平衡的空腔系统组成腔壁的粒子吸收和发射的光子数相等组成腔壁的粒子吸收和发射的光子数相等空腔中的辐射场将有一个稳定的分布空腔中的辐射场将有一个稳定的分布各能级粒子数符合玻尔兹曼分布各能级粒子数符合玻尔兹曼分布33/811hv kThvce普朗克黑体辐射公式普朗克黑体辐射公式:空腔中频率为空腔中频率为的光能密度的光能密度3213218AhvBc121212B gB g组成腔壁的粒子吸收和发射的光子数相等组成腔壁