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1、激光原理与技术激光原理与技术原理部分原理部分第一讲第一讲激光简史、发展与应用激光简史、发展与应用病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程课程简介课程简介 先修科目先修科目先修科目先修科目 几何光学几何光学 物理光学物理光学 量子力学量子力学 数学物理方法数学物理方法 参考书目参考书目参考书目参考书目 激光原理国防工业出版社激光原理国防工业出版社20002000年版年版周炳琨等编周炳琨等编 量子电子学科学技术出版社量子电子学科学技术出版社19831983年版年版AmnonYarivAmnonYariv，刘，刘颂豪等翻译颂豪等翻
2、译 Lasers,AnthonyE.Siegman,Maple-VailBookManufacturingLasers,AnthonyE.Siegman,Maple-VailBookManufacturingGroup,1986Group,1986 PrinciplesofLasers,OrazioSvelto,PlenumPress,1998PrinciplesofLasers,OrazioSvelto,PlenumPress,1998病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1.1激光简史激光简史什么是激光？什么是激光？L
3、ASER：L LightightA AmplificationbymplificationbyS StimulatedtimulatedE EmissionofmissionofR Radiationadiation激光：激光：受受受受激激激激辐射辐射辐射辐射光光光光放大放大放大放大病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1.1激光简史激光简史史前时代史前时代1717世纪世纪世纪世纪对光的本性的探求：对光的本性的探求：对光的本性的探求：对光的本性的探求： 波动说：以一定方式沿空间传输的波动过程，惠更波动说：以一定方式沿空间传
4、输的波动过程，惠更斯、虎克；斯、虎克； 微粒说：以经典方式运动着的微小粒子，牛顿；微粒说：以经典方式运动着的微小粒子，牛顿；1919世纪：世纪：世纪：世纪： 光的波动本性有了进一步发展光的波动本性有了进一步发展 电磁场理论、麦克斯韦方程组电磁场理论、麦克斯韦方程组病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1.1激光简史激光简史19世纪下半叶发展起来的电磁场理论能够世纪下半叶发展起来的电磁场理论能够解释光的反射、折射、干涉、衍射、偏振解释光的反射、折射、干涉、衍射、偏振和双折射等现象；和双折射等现象；然而到了然而到了20世纪初，
5、出现了黑体辐射、原世纪初，出现了黑体辐射、原子线状光谱、光电效应、光化学反应和康子线状光谱、光电效应、光化学反应和康普顿散射等实验现象，这些涉及到光与物普顿散射等实验现象，这些涉及到光与物质相互作用时能量与动量交换特征的就无质相互作用时能量与动量交换特征的就无法用当时的经典理论来解释。法用当时的经典理论来解释。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1.1激光简史激光简史黎明前的黑暗黎明前的黑暗黎明前的黑暗黎明前的黑暗 19001900年，普朗克提出了能量量子化概念，并因此获得年，普朗克提出了能量量子化概念，并因此获得年，普
6、朗克提出了能量量子化概念，并因此获得年，普朗克提出了能量量子化概念，并因此获得19181918年诺贝尔物理学奖；年诺贝尔物理学奖；年诺贝尔物理学奖；年诺贝尔物理学奖； 19051905年，爱因斯坦提出光子假说并成功解释了光电效年，爱因斯坦提出光子假说并成功解释了光电效年，爱因斯坦提出光子假说并成功解释了光电效年，爱因斯坦提出光子假说并成功解释了光电效应，并因此获得应，并因此获得应，并因此获得应，并因此获得19211921年诺贝尔物理学奖；年诺贝尔物理学奖；年诺贝尔物理学奖；年诺贝尔物理学奖；inrecognitionoftheservicesherenderedtotheadvancement
7、ofPhysicsbyhisdiscoveryofenergyquantaforhisservicestoTheoreticalPhysics,andespeciallyforhisdiscoveryofthelawofthephotoelectriceffect病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1.1激光简史激光简史 19131913年，玻尔借鉴了普朗克的量子概念提出了全新的年，玻尔借鉴了普朗克的量子概念提出了全新的年，玻尔借鉴了普朗克的量子概念提出了全新的年，玻尔借鉴了普朗克的量子概念提出了全新的原子结构模型，并因
8、此获得原子结构模型，并因此获得原子结构模型，并因此获得原子结构模型，并因此获得19221922年诺贝尔物理学奖；年诺贝尔物理学奖；年诺贝尔物理学奖；年诺贝尔物理学奖； 19171917年，爱因斯坦在玻尔的原理结构基础上，提出了年，爱因斯坦在玻尔的原理结构基础上，提出了年，爱因斯坦在玻尔的原理结构基础上，提出了年，爱因斯坦在玻尔的原理结构基础上，提出了受激辐射理论，为激光的出现奠定了理论的基础；受激辐射理论，为激光的出现奠定了理论的基础；受激辐射理论，为激光的出现奠定了理论的基础；受激辐射理论，为激光的出现奠定了理论的基础； 19281928年，年，年，年，LandenburgLandenbur
9、g证实了受激辐射和证实了受激辐射和证实了受激辐射和证实了受激辐射和“ “负吸收负吸收负吸收负吸收” ”的存在；的存在；的存在；的存在；forhisservicesintheinvestigationofthestructureofatomsandoftheradiationemanatingfromthem病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1.1激光简史激光简史19401940年，年，年，年，V.AFabrikantV.AFabrikant在其博士论文中提出在其博士论文中提出在其博士论文中提出在其博士论文中提出了产生粒
10、子数反转的实现方法，粒子数反转是了产生粒子数反转的实现方法，粒子数反转是了产生粒子数反转的实现方法，粒子数反转是了产生粒子数反转的实现方法，粒子数反转是MASER/LASERMASER/LASER产生的必要条件。产生的必要条件。产生的必要条件。产生的必要条件。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1.1激光简史激光简史 19471947年，年，年，年，LambLamb和和和和ReherfordReherford在氢原子光谱中发现了明显的受激辐在氢原子光谱中发现了明显的受激辐在氢原子光谱中发现了明显的受激辐在氢原子光谱中发现
11、了明显的受激辐射，这是受激辐射第一次被实验验证。射，这是受激辐射第一次被实验验证。射，这是受激辐射第一次被实验验证。射，这是受激辐射第一次被实验验证。LambLamb由于在氢原子光谱研由于在氢原子光谱研由于在氢原子光谱研由于在氢原子光谱研究方面的成绩获得究方面的成绩获得究方面的成绩获得究方面的成绩获得19551955年诺贝尔物理学奖；年诺贝尔物理学奖；年诺贝尔物理学奖；年诺贝尔物理学奖； 19501950年，年，年，年，KastlerKastler提出了光学泵浦的方法，两年后该方法被实现。提出了光学泵浦的方法，两年后该方法被实现。提出了光学泵浦的方法，两年后该方法被实现。提出了光学泵浦的方法，
12、两年后该方法被实现。他因为提出了这种利用光学手段研究微波谐振的方法而获得诺贝他因为提出了这种利用光学手段研究微波谐振的方法而获得诺贝他因为提出了这种利用光学手段研究微波谐振的方法而获得诺贝他因为提出了这种利用光学手段研究微波谐振的方法而获得诺贝尔奖。尔奖。尔奖。尔奖。forhisdiscoveriesconcerningthefinestructureofthehydrogenspectrumforthediscoveryanddevelopmentofopticalmethodsforstudyingHertzianresonancesinatoms病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体
13、内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1.1激光简史激光简史 19511951年年年年,Townes,Townes提出受激辐射微波放大，即提出受激辐射微波放大，即提出受激辐射微波放大，即提出受激辐射微波放大，即MASERMASER的的的的概念。概念。概念。概念。 19541954年，第一台氨分子年，第一台氨分子年，第一台氨分子年，第一台氨分子MaserMaser建成，首次实现了粒子建成，首次实现了粒子建成，首次实现了粒子建成，首次实现了粒子数反转，其主要作用是放大无线电信号，以便研究宇数反转，其主要作用是放大无线电信号，以便研究宇数反转，其主要作用是放大无线电信号
14、，以便研究宇数反转，其主要作用是放大无线电信号，以便研究宇宙背景辐射。宙背景辐射。宙背景辐射。宙背景辐射。TownesTownes由于在受激辐射放大方面的成就由于在受激辐射放大方面的成就由于在受激辐射放大方面的成就由于在受激辐射放大方面的成就获得获得获得获得19641964年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。forfundamentalworkinthefieldofquantumelectronics,whichhasledtotheconstructionofoscillatorsandamplifiersbasedonthemaser-laserpri
15、nciple病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1.1激光简史激光简史突破突破突破突破 19561956年年年年NicolaasBloembergenNicolaasBloembergen在在在在哈弗大学提出了固态微波激射器的哈弗大学提出了固态微波激射器的哈弗大学提出了固态微波激射器的哈弗大学提出了固态微波激射器的概念，概念，概念，概念， 于于于于19561956年年年年1010月在月在月在月在PhysicalPhysicalReviewReview上发表了一片又决定意义的上发表了一片又决定意义的上发表了一片又决定意义的
16、上发表了一片又决定意义的文章，第一台成功的设备几个月后文章，第一台成功的设备几个月后文章，第一台成功的设备几个月后文章，第一台成功的设备几个月后在在在在BellBell实验室研制出来。实验室研制出来。实验室研制出来。实验室研制出来。 19581958年年年年SchawlowSchawlow和和和和TownesTownes在在在在PhysicalReviewLettersPhysicalReviewLetters上发表论上发表论上发表论上发表论文文文文“InfraredandOpticalMaser”“InfraredandOpticalMaser”，标志着激光作为一种新事物登上了标志着激光作为一种新事物登上了标志着激光作为一种新事物登上了标志着激光作为一种新事物登上了历史舞台。历史舞台。历史舞台。历史舞台。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1.1激光简史激光简史 19591959年，年，年，年，GordonGouldGordonGould发表论文发表论文发表论文发表论文“The“TheLASER:LightAm
