《现代光学的兴起》PPT课件

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1、第十一章现代光学的兴起§1.光学的发展§2.激光的发展§3.光子革命1§1、光学的发展1、几何光学2、波动光学3、量子光学4、现代光学2现代光学源于上世纪60年代初激光的出现，从而导致大批光学方面的新成果，并由此派生出一系列光学领域的新分支，光学领域出现的这种飞跃发展的根本原因，是激光的固有特征在传输过程中所引发的许多新的效应和规律。1、大空间范围（和光波波长相比较）.干涉：相干光学、统计光学、薄膜光学.衍射：傅里叶光学、衍射光学、二元光学.偏振：晶体光学、偏振光学.其他：矩阵光学、激光束光学、海洋光学、大气光学、生理光学、组织光学2、小空间范围（和光波波长

2、相比较）导波光学、光纤光学、二元光学、微光学、近场光学3、大光能量（高光能密度）非线性光学、强光光学、自适应光学4、非均匀介质非均匀介质光学、散射光学、组织光学3一.爱因斯坦提出的受激辐射的原理二.研制过程三.激光的优点四.激光的应用§2.激光的发展41916年，爱因斯坦提出，原子中处于高能级的电子，受外来光子的作用，当外来光子的频率与它的跃迁频率一致时，原子中的电子就会从高能级跳到低能级，并发射一个光子，新光子与原光子频率、发射方向、相位等都相同，这样一个光子变成了两个光子，条件合适的情况下，光子就会象雪崩一样，得到加强和放大，这种放大的光称为激光。激光的

3、发展一.爱因斯坦提出的受激辐射的原理51.1954年制成第一个微波量子放大器。2.1958年，美国的肖洛和汤斯发表“红外区和光学激射器”，汤斯因此获诺贝尔奖。在研制过程中，汤斯设计谐振腔遇到很大困难，他去探望贝尔实验室的肖洛妹夫，肖洛对光学中的法布里——珀洛干涉仪很有研究，突然联想到是否可以类比用F—P仪的原理来做谐振腔，这样产生激光的一个关键性问题解决了。所以在物理研究中，借鉴和类比是我们探索之路。激光的发展二.研制过程6汤斯像肖洛像激光的发展73.1960年，第一台红宝石激光器由梅曼制成。1961年，汤斯的研究生加万制成了氦氖激光器。40多年前，爱因斯坦

4、的受激辐射概念，获得实际应用。激光的发展81.巨型脉冲固体激光器亮度比太阳高上百亿倍2.单色性好3.方向性好，相干性好，频率高例的单色性很好，而激光激光束的发射角小于10-3弧度，光能量集中于很窄的光束中。激光的发展三.激光的优点9电视机、录像机的遥控器中就有红外激光半导体发射器，VCD、CD也是靠激光二极管去读取光盘信息。激光还可用于全息摄影。由于激光的单色性、方向性好，用作光通讯的载波很合适，用光纤传播激光的光通讯已日益发展。激光在工业上，在农业上、医学上、军事上的应用很广。现在人们正在研究开发一种同步辐射光源，这种光源在某些性质上已超过激光。激光的发展

5、四.激光的应用10激光的发展激光通讯技术11激光的发展激光技术在农业上的应用12§3、光子革命光子革命是2009年夏季大连达沃斯论坛中提出的新概念，是指光子技术将在未来更为广泛的应用于社会生产生活中。光子技术将成为影响能源、信息产业的核心技术，成为主宰信息传递的决定力量。131、光子原称呼为光量子（lightquantum），电磁辐射的量子，传递电磁相互作用的规范粒子，记为γ。其静止量为零，不带电荷，其能量为普朗克常量和电磁辐射频率的乘积，E=hv，在真空中以光速c运行，其自旋为1，是玻色子。早在1900年，M.普朗克解释黑体辐射能量分布时作出量子假设，物质

6、振子与辐射之间的能量交换是不连续的，一份一份的，每一份的能量为hv；1905年A.爱因斯坦进一步提出光波本身就不是连续的而具有粒子性，爱因斯坦称之为光量子；1923年A.H.康普顿成功地用光量子概念解释了X光被物质散射时波长变化的康普顿效应，从而光量子概念被广泛接受和应用，1926年正式命名为光子。量子电动力学确立后，确认光子是传递电磁相互作用的媒介粒子。带电粒子通过发射或吸收光子而相互作用，正反带电粒子对可湮没转化为光子，它们也可以在电磁场中产生。14光子从激光的相干光束中出射光子是光线中携带能量的粒子。一个光子能量的多少与波长相关,波长越短,能量越高。当

7、一个光子被分子吸收时,就有一个电子获得足够的能量从而从内轨道跃迁到外轨道,具有电子跃迁的分子就从基态变成了激发态。光子具有能量，也具有动量，更具有质量，按照质能方程，E=MC2=hv,求出M=hv/C2,光子由于无法静止，所以它没有静止质量，这儿的质量是光子的相对论质量。光子是传递电磁相互作用的基本粒子，是一种规范玻色子。光子是电磁辐射的载体，而在量子场论中光子被认为是电磁相互作用的媒介子。与大多数基本粒子相比，光子的静止质量为零，这意味着其在真空中的传播速度是光速。与其他量子一样，光子具有波粒二象性：光子能够表现出经典波的折射、干涉、衍射等性质；而光子的粒

8、子性则表现为和物质相互作用时不像经典的粒子那样可以传