物理學(xué)史華科專用課件

物理學(xué)史華科專用課件第1頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期日提綱：現(xiàn)代光學(xué)的發(fā)展

激光光學(xué)領(lǐng)域的新技術(shù)

量子光學(xué)

光子革命現(xiàn)代光學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)第2頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期日現(xiàn)代光學(xué)的發(fā)展現(xiàn)代光學(xué)源于上世紀(jì)60年代初激光的出現(xiàn)，從而導(dǎo)致大批光學(xué)方面的新成果，并由此派生出一系列光學(xué)領(lǐng)域的新分支。第3頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期日你知道是那些分支嗎？干涉：相干光學(xué)、統(tǒng)計(jì)光學(xué)、薄膜光學(xué)衍射：傅里葉光學(xué)、衍射光學(xué)、二元光學(xué)偏振：晶體光學(xué)、偏振光學(xué)其他：矩陣光學(xué)、激光束光學(xué)、海洋光學(xué)、大氣光學(xué)、生理光學(xué)、組織光學(xué)第一：大空間范圍（和光波波長(zhǎng)相比較）第4頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期日

導(dǎo)波光學(xué)、光纖光學(xué)、二元光學(xué)、微光學(xué)、近場(chǎng)光學(xué)第二：小空間范圍（同上）第三：大光能量（高光能密度）第四：非均勻介質(zhì)secondthirdfourth非線性光學(xué)、強(qiáng)光光學(xué)、自適應(yīng)光學(xué)非均勻介質(zhì)光學(xué)、散射光學(xué)、組織光學(xué)第5頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期日激光激光（laser)的本意是受激輻射引起光放大。（lightamplificationbystimulatedofradiation)第6頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期日你知道激光的原理嗎？（1）粒子數(shù)按能級(jí)的統(tǒng)計(jì)分布：遵從玻耳茲曼定律

N∝e-En/KT例：氫原子基態(tài)E1=-13.6ev,第一激發(fā)態(tài)E2=-3.4ev,則N1/N2=e-400,平衡態(tài)下，氫原子幾乎全部處于基態(tài)。（2）吸收、自發(fā)輻射、受激輻射hv=E2-E1(3)愛因斯坦系數(shù)

B12N1p(V)=A21N2+B21N2P(v)室溫下，對(duì)波長(zhǎng)為600nm的光，A21/B21N2=1035，受激發(fā)射幾率很小。第7頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期日

（2）光學(xué)諧振腔（1）粒子數(shù)反轉(zhuǎn)

A.激勵(lì)（泵浦）B.激活介質(zhì)激光的產(chǎn)生你知道激光如何產(chǎn)生嗎？第8頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期日以你的理解和對(duì)激光的了解，你認(rèn)為他的特點(diǎn)是什么？1,2（1）能量集中（2）方向性（發(fā)散角小，10-3rad）

5,63,4（2）單色性（He-Ne,6328,譜線寬度（?）為10-7）（3）相干性（鈉光的相干長(zhǎng)度約為3.5cm,He-Ne的為40千米）第9頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期日思考激光有哪些類型呢？激光器的類型：（1）固體激光器（2）氣體激光器（3）液體激光器（染料激光器）（4）半導(dǎo)體激光器第10頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期日光子革命光子革命是2009年夏季大連達(dá)沃斯論壇中提出的新概念，是指光子技術(shù)將在未來(lái)更為廣泛的應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)生活中。光子技術(shù)將成為影響能源、信息產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)，成為主宰信息傳遞的決定力量。您對(duì)光子了解多少呢？第11頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期日原稱呼為光量子（lightquantum），電磁輻射的量子，傳遞電磁相互作用的規(guī)范粒子，記為γ。其靜止量為零，不帶電荷，其能量為普朗克常量和電磁輻射頻率的乘積，E=hv，在真空中以光速c運(yùn)行，其自旋為1，是玻色子。什么是光子呢？第12頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期日光子學(xué)1970年，在第九屆國(guó)際高速攝影會(huì)議上，荷蘭科學(xué)家Poldervaart首次提出關(guān)于光子學(xué)的定義規(guī)范，他認(rèn)為，光子學(xué)是“研究以光子為信息載體的科學(xué)”。第13頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期日思考光子學(xué)在那些領(lǐng)域得以應(yīng)用呢？（1）信息科學(xué)

---目前，信息的探測(cè)、傳輸、存儲(chǔ)、顯示、運(yùn)算和處理已由光子和電子共同參于來(lái)完成，所形成的光電子學(xué)（optoelectronics）技術(shù)已應(yīng)用在信息領(lǐng)域（2）生物或生命科學(xué)用光子來(lái)研究生命的科學(xué)，它是光子學(xué)和生命科學(xué)相互交叉、相互滲透而產(chǎn)生的邊緣學(xué)科。（3）基礎(chǔ)光子學(xué)：---量子光學(xué)、分子光學(xué)、非線性光學(xué)、超快光子學(xué)等已經(jīng)成為基礎(chǔ)光子學(xué)中逐漸趨于成熟的分支學(xué)科第14頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期日光學(xué)領(lǐng)域的新技術(shù)1全息顯微鏡

用短脈沖激光在一張底片上記錄粒子的運(yùn)動(dòng)。再現(xiàn)粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及瞬時(shí)分布。

2全息信息儲(chǔ)存

拍攝全息照片，改變參考光束方向，可將不同物體攝在同一張底片上。再現(xiàn)時(shí)偏轉(zhuǎn)照明光束，物體將互不干涉地顯現(xiàn)。

3全息干涉計(jì)量

兩次曝光或連續(xù)曝光，可記錄物體的微小、高速運(yùn)動(dòng)。再現(xiàn)時(shí)得到多個(gè)相互交疊而略有差異的物體光波的像。第15頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期日光纖通信通行是指將信息從一處傳到另一處。光纖通信（激光通信）是將聲音、圖像或其他信息調(diào)制到激光波上發(fā)送出去。激光通信分為：地面大氣通信、宇宙空間通信、光纖通信1光纖的結(jié)構(gòu)由玻璃纖芯、包層和護(hù)套組成。2光纖的分類階躍型光纖：纖芯與包層間折射率的變化是階梯狀的。梯度型光纖：纖芯與包層間折射率的變化是漸變的。3光纖的數(shù)值孔徑反映了光纖集光本領(lǐng)，數(shù)值孔徑越大，集光本領(lǐng)越強(qiáng)。光導(dǎo)纖維第16頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期日量子光學(xué)量子光學(xué)是研究光場(chǎng)的量子統(tǒng)計(jì)性質(zhì)與物質(zhì)相互作用的量子特征的學(xué)科。它包括：非經(jīng)典光場(chǎng)‘激光操縱原子、分子及其應(yīng)用’量子光學(xué)和量子力學(xué)的交叉與滲透的研究量子光學(xué)第17頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期日嶄新的一頁(yè)①科學(xué)家讓光波“駐足”美國(guó)科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室中成功使光波在傳播路線上停止了片刻。在實(shí)驗(yàn)中，美國(guó)哈佛大學(xué)的研究人員將一束紅色激光射入銣原子氣體中，然后用另外兩束控制光束和介質(zhì)相互作用，結(jié)果使介質(zhì)形成了一個(gè)個(gè)層面，對(duì)激光進(jìn)行交替?zhèn)鬏敽头瓷?，成功?shí)現(xiàn)了光傳播的停頓。第18頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期日

第一光子晶體，也叫光子帶隙材料，是一種新型的人造周期性介電結(jié)構(gòu)。類似于電子的半導(dǎo)體材料，它是“光子的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)”。光子晶體第19頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期日總之，我們可以預(yù)見由于量子光學(xué)本身的特點(diǎn)和無(wú)限的應(yīng)用可能性，未來(lái)將在光通訊、數(shù)據(jù)傳輸?shù)阮I(lǐng)域發(fā)揮重大作用，至可以幫助科學(xué)家建造設(shè)想中的量子計(jì)算機(jī)。我們的世界將會(huì)由此邁入一個(gè)嶄新的量子時(shí)代！

第20頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期日

現(xiàn)代光學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)

第21頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期日

第22頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2009

高錕CharlesK.Kao高錕：被稱為“光纖之父”，因在“有關(guān)光在纖維中的傳輸以用于光學(xué)通信方面”取得了突破性成就而獲獎(jiǎng)。第23頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2009威拉德?博伊爾WillardS.Boyle喬治?史密斯GeorgeE.Smith威拉德?博伊爾、喬治?史密斯：因發(fā)明了半導(dǎo)體成像器件——電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器而獲獎(jiǎng)第24頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2005洛伊－戈勞貝爾：因相干性