荣获2004年诺贝尔物理学奖的三位科学家 是：来自美国科罗拉多大学的约翰· 霍尔、 L· 哈佛大学的罗伊· 格劳贝尔，以及德国路德 J· 维希· 马克西米利安大学(简称慕尼黑大学)的 特奥多· 亨施。 1963年，格劳贝尔提出光学相干量子理论， 第一次将爱因斯坦的量子论用在光学领域。 他的理论为我们现代光学研究提供了基础。
71岁的霍尔和63岁的亨施在激光精密光谱研究中做出了突出 的贡献，他们用精密测量手段来测试光的频率。亨施利用激光 技术测出了光粒子的运动频率，而霍尔则进一步完善了这种技 术。有了这样的技术，人类在很多领域的研究可以取得新进展， 例如激光的进一步发展、研究制作出更加精确的光学时钟、以 及发展GPS(全球定位系统)等等。 意义之一：手机信号更清楚！他们三人的研究将为人类在地球 乃至更遥远的地方的交流联系提供更多的可能，例如可以让携 带无线电、手机数据传输的频率更加精确等等。2004年的诺贝 尔物理学奖金为1000万瑞典克朗(约合130万美元)，格劳贝尔 一人将获得一半奖金，另一半奖金则由霍尔和亨施分享。
10 nm. He-Ne激光： 一台普通红宝石激光器单色亮度可为太阳的200亿 倍. ★相干性极好的光束
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氪灯的相干长度38.5cm;而稳频的He-Ne激 光器相干长度达到600000km.
W ★高瞬时辐射功率(能量可压缩性) P t
一个P=100瓦特的灯泡: W= 100焦耳, t=1秒. 若 t=10-11秒, 则 P=1015瓦特.这比目前全世界上总发电功率还要大.
六十年代初对发明激光器有贡献的三位科学家。
1964年获诺贝尔物理奖。
汤斯
巴索夫
普罗霍洛夫
1958: 美国汤斯与肖洛(A.L.Schawlow)提出 了利用开放式光学谐振腔实现光振荡的新 思想;布隆伯根(N.Bloembergen)提出利用 光泵浦三能级系统实现粒子数反转分布的 新构思。
1960.7：美国休斯公司实验室梅曼 （T.H.Maiman)演示了世界上第一台红宝石 固态激光器
激光的应用
★激光测距,激光测长,测速度,激光准直,
激光加工切割 金属．激光治疗．激光照相, 激光排版, 激光打印．
★激光通信,
激光雷达,激光导弹.
★激光分离同位素，激光核聚变． ★非线性光学．信息光学．全息术．
例１．激光光纤 由于光波的频率比电波的 频率高好几个数量级。
一根极细的激光光纤能承载的 信息量相当于图片中这麽粗的 电缆所能承载的信息量。
p P 2h 2 n 2 s A s 0
6328nm 氦氖激光器 P=1mw, / 10-11 n = 4×1010 一般的激光器亮度可达到比太阳表面的亮度大10亿倍.
激光器
分束器
布喇格室
棱镜
反馈机构
接计算机 压电换能器 微芯片 压电控制装置
• 相干性的两个重要结论
xyz 相格空间体积 光波模(光子态)占有的体积 = 相干体积
同态光子相干同模光波相干 不同态光子或不同模式光波不相干 光子简并度 n － 同一光子态的光子数 激光器－强相干光源－具有极高的光子简并度 • 光源的单色亮度～光子简并度 B
激光器的分类:
按照工作物质类型分类: 固体激光器 (红宝石激光器图1, 掺钕及YAG激光器等) 气体激光器 (氦氖激光器图2, CO2激光器等) 液体激光器 (染料激光器图3等) 半导体激光器(砷化镓,硫化锌等) 等离子体激光器
按照波长分类: 远红外~可见光~紫外~X射线
按照频率分类: 单频,稳频,选频,调频,多波长,多色,白光 按照运作时间分类: 连续,脉冲,Q调制,短脉冲,超短脉冲 按照功率分类: 小,中,大,超高功率(连续1MW,脉冲106J) 按照模式分类: 横模,纵模,单模,多模,选模,锁模
例2 . 激光手术
粘视网膜
皮肤处理
（普通光纤） 观察
诊断
心脏手术（不需开胸，不住院）
照明束(普通光纤)
主动脉
臂动脉 内窥镜 附属通道 有源纤维 套环 冠状动脉
……照亮视场 纤维镜（普通光纤） ……成象 有源纤维（强激光） ……使堵塞物熔化 附属通道 （可注入气或液） ……排除残物以明视线
套环
照明束 纤维镜
……（可充、放气） 阻止血流或使血流流通
例3．激光—— 原子力显微镜(AFM) 用一根钨探针或硅 探针在距试样表面 几毫微米的高度上 扫描,来探测固体 表面பைடு நூலகம்情况。 试样通常是 微电子器件。 探针尖端在工作时处于 受迫振动状态，其频率 接近于探针的共振频率。
激光-原子力显微镜 （AFM）
激光发展的历史回顾
LASER--Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
1917: 爱因斯坦(A.Einstein) 提出了受激辐射可以 实现光放大的概念, 导致激光发明的理论基础
1917年以后近四十年内 量子理论的发展; 粒子 数反转的有效实现;电子学与微波技术的发展 1954:美国汤斯(C.H.Townes)前苏联巴索夫 (N.G.Basov)和普罗霍洛夫(A.M.Prokhorov)第一 次实现氨分子微波量子振荡器(MASER)
1971:英籍匈牙利物理学家丹尼斯.伽柏 （ Dennis Gabor)因发明发展全息照相获诺贝尔 物理奖
1981:瑞典凯.M.西格班因对电子光谱学的重大 贡献获一半奖金;美国阿瑟.L.肖洛和美籍荷兰物 理学家尼古拉斯.布洛姆伯根因对激光光谱学的 研究,2人共享了81年诺贝尔物理学奖的另一半
1997: 朱棣文、菲利普（W.D.Phillips)和塔罗 季（C.C.Tannoudi)由于利用激光冷却和钳制原 子的研究结果,共获诺贝尔物理奖
按照腔结构及稳定性分类: 略
按照激励方式分类: 光泵,放
电,电子束泵,气体动力激励,
化学反应激发,量子阱自由
电子激光器。
激光的特性
★方向性、单色性、高亮度 普通光源,发散角360度, 激光一般仅有1/10度. 在激光出现之前, 最好的单色光源是氪灯,发射波长 =604.7nm, 波长范围=0.00047nm;