《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（

2、和光波波长相比较）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

3、的光称为激光。激光的发展一.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

4、氖激光器。40多年前，爱因斯坦的受激辐射概念，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

5、种光源在某些性质上已超过激光。激光的发展四.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，

6、M.普朗克解释黑体辐射能量分布时作出量子假设，物质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

7、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

8、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