多光子方法和光谱学的发展

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1、多光子方法和光谱学的发展随着现代科学技术研究工作的不断深入，以及研究领域的拓展，各学科之间联系的日益紧密，在化学、物理、生物以及材料等学科中，原子、离子以及分子的多光子处理方法和光谱学在实验和理论上都有了很大的发展，本文简要介绍了多光子处理方法及其光谱学在实验和理论中取得的最新研究成果，为从事化学、物理和材料科学理论和实验的科研人员提供具有参考价值的资料。关键词：多光子；处理方法；光谱学；发展在现代物理学科的开创与发展历程中，光学是物理学研究机构中最早设置的学科方向之一。以我国的光学研究工作而言，在建国初期构建了数个集

2、技术、资金、人才等优势于一身的光学研究所，但是始终未取得具有突破性的研究成果和理论。直至改革开放后，我国的光学研究才迎来了全新的发展机遇，在光学、激光物理与技术等方面，逐步开展了皮秒光谱学、原子光谱学、分子光谱学、激光技术及激光干涉测量等向观光学科研究工作，研制成功高功率单频氩离子激光、氮分子激光及被动锁模激光等处于世界领先地位的成果，并且对于未来发展之路具有深远的指导意义和参考价值。　　一、多光子方法的研究现状与发展进程　　经过物理学在实验室中长期研究发现：多光子量子态具有许多重要性质，例如N个光子态的干涉所呈现的波

3、长减少到1/N，这可使相位测量达到的精度，用于光学刻蚀，其精度可提高到1/N。光子数越来越多的量子态，蕴含着越丰富的量子现象，但制备也更为困难。部分国家物理学家及学者在理论上提出一种所谓“NOON态投影测量方法”。以德国权威物理学研究室的相关研究工作为例，该所在多光子方法的研究中首次在实验上实现了五光子纠缠态，并演示利用这个纠缠态可实现终端开放的量子隐形传态。国际物理学界评价其是“光学量子计算领域至今最先进实验工作”和“一个出色的成就。欧洲物理学会称赞该工作“为量子计算机的物理实现迈进了重要一步”。　　二、光谱学的研究

4、现状及发展趋势　　自1960年第一台激光器问世以来的近50年中，光谱学一直是国际物理学界研究领域的重点课题之一。光谱学的发展部分地得益于新的实验技术，例如对现有激光器的改进，新型激光器的发明，飞秒范围内光参量振荡器和放大器的问世，阿秒脉冲的出现、用光频梳来测量绝对光学频率及光脉冲，开发了新一代原子或分子的波色-爱因斯坦凝聚等类似于光子激光技术的发明与应用，都在不同方面展示了原子激光的颗粒性。尽管传统的光谱学在物质研究中获得了多方面的应用，但在激光问世之前，它的进一步发展已经面临着不可逾越的鸿沟。首先传统光谱学使用普通光

5、源，探测分辨率低，而增强其单色性，又不得不以降低光强为代价，这样又会影响到探测的灵敏度。到20世纪60年代，高强度、高单色性激光的出现给光谱学这门学科注入了新的活力，激光光源的优越性被发挥的淋漓尽致。比如激光的单色性使分光器件分辨率提高，高强度提高了探测的灵敏度，而且强光与物质粒子的相互作用中，产生了各种可观测的非线性光谱效应。　　三、多光子方法和光谱学的应用及价值　　近年来，在国际物理学、光学、生物等学科的研究工作中，多光子方法和光谱学都是是以光学理论为基础，以物质与光相互作用为条件，建立物质分子结构与电磁辐射之间的

6、相互关系，从而进行物质分子几何异构、立体异构、构象异构和分子结构分析和鉴定的方法。　　(一)深紫外光刻技术在光子晶体器件中的应用及价值在进入二十一世纪以后，数字移动通信业务导向个人通信而引发常规通信的革命。然而相对于超大规模集成电路而言，用于光互联中实现光路由及光开关的光器件因其体积缩小空间有限和功能单一，在应用中受到很大限制，因此在许多光通信模块中还是需要大量的电光转换。光子晶体板是平板波导与二维光子晶体的复合结构，它借助于二维光子晶体平面内的光限制和平板波导平面垂直方向的光约束，从而在一定程度上实现三维光子晶体的性

7、质。　　（二）超快速可调谐有机非线性光子晶体的应用及价值　　光子晶体是一种新型的光子学材料，具有独特的光子带隙特性，能有效地控制光子的传输状态。可调谐光子晶体的光子带隙的位置和宽度能够随着外部参数的变化而改变，是实现集成光子器件的重要基础。光子带隙是由空间周期性变化的介电函数对入射电磁波的调制作用而产生的。基于光子带隙对空间周期性介电函数的依赖关系，其光子带隙的位置和宽度是确定的。而可调谐光子晶体的光子带隙是可调控的。可调谐光子晶体的实现，主要是以三阶非线性光学材料为基础来构造非线性光子晶体，通过调节外部温度、磁场、电

8、场或者强激光场的作用，改变光子晶体的周期性介电分布，使光子带隙的位置和宽度发生变化。　　四、结束语　　目前，随着科学技术的不断进步，先进仪器的不断出现，为化学实验绿色化提供了技术保障。在进行分析实验时使用先进检测手段，如紫外光谱、红外光谱、原子吸收光谱、气相色谱等，不仅减少检测试剂用量，同时也增加了实验的高科技含量，使学生接触到