高等激光物理学
课程编码：180081070207P3003H
英文名称：Advanced Laser Physics
课时：60
学分：3.00
课程属性：专业课
主讲教师：魏志义等
教学目的要求
本课程为光学、原子分子物理以及相关专业研究生的专业课。课程的核心内容是关于激光以及激光与物质作用的基本理论。主要讲授速率方程理论和半经典理论。激光的速率方程理论主要研究激光的光强以及粒子数分布的变化，激光半经典理论研究激光的基本动力学方程及其应用。通过本课程的学习，使学生掌握激光的产生以及激光与物质作用的基本理论，为今后的科研及教学打下基础。
预修课程
光学、量子力学、激光原理
大纲内容
第一章 激光的基本概念 8学时 奚婷婷
第1节 引言
第2节 激光产生的基本原理及激光器的基本结构
第3节 激光的纵模和横模
第4节 光的增益与损耗
第5节 激光的振荡与模式选择
第6节 脉冲激光器
第二章 激光速率方程及应用 6学时 奚婷婷
第1节 激光的速率方程
第2节 增益饱和
第3节 激光脉冲的瞬态特性
第4节 调Q激光的速率方程
第5节 均匀加宽激光的多模振荡
第三章 密度矩阵 6学时 奚婷婷
第1节 半经典理论的介绍
第2节 光与二年能级原子的作用
第3节 密度矩阵
第4节 光学布洛赫方程
第5节 简化布洛赫方程
第6节 光学布洛赫方程的定态解
第7节 光学布洛赫方程的矢量模型
第四章 拉姆的半经典激光理论 6学时 奚婷婷
第1节 激光的场方程
第2节 增益介质的宏观极化强度的计算
第3节 单模激光
第4节 双模激光
第5节 多普勒效应引起的非均匀加宽
第6节 驻波产生的烧孔效应与拉姆凹陷
第7节 拉姆的气体激光半经典理论
第8节 气体激光的三阶极化理论
第五章 瞬态相干作用 6学时 奚婷婷
第1节 瞬态相干作用概念
第2节 拉比振荡
第3节 光学章动
第4节 光子回声的机理
第5节 光子回声的计算
第六章 光学孤立子 7学时 奚婷婷
第1节 孤立子的概念
第2节 自感应透明
第3节 光纤中孤立子的形成机理
第4节 光纤中孤立子的非线性薛定谔方程
第5节 光纤中孤立子的传输性质
第6节 光孤立子的相互作用
第七章 飞秒激光脉冲原理基础 15学时 魏志义
第1节 飞秒激光脉冲产生
第2节 少周期脉冲及载波包络相位
第3节 光学频率梳及脉冲相干合成
第4节 飞秒激光啁啾脉冲放大
第5节 飞秒激光频率扩展的理论与技术
第八章 阿秒激光物理 6学时 魏志义
第1节 高次谐波产生的三步模型
第2节 阿秒脉冲的产生
第3节 阿秒脉冲的测量
第4节 阿秒脉冲应用
参考书
1、
高等激光物理学
李福利
2006年7月
高等教育出版社
2、
Principles of Lasers
Orazio Svelto
2010
Springer
课程教师信息
魏志义，1984年合肥工业大学应用物理系毕业，分别于1987年、1991年在中国科学院西安光机所获得硕士及博士学位，1991年-1997年中山大学博士后、副研究员，1997年迄今在中国科学院物理研究所工作。曾先后在香港中文大学与科技大学、英国卢瑟福实验室、荷兰格罗宁根大学、日本电子综合技术研究所等地访问工作。现为中国科学院物理研究所研究员、博士生导师，国际纯粹与应用物理联合会（IUPAP）符号与常数专业委员会(C2)委员，马科斯-普朗克阿秒科学中心（MPC-AS）委员，亚洲强激光委员会委员（ACUIL），英国Measurement Science and Technology杂志国际咨询委员会委员，中国光学学会、中国计量测试学会理事及北京光学学会理事，计量测试高技术联合实验室主任。曾任中国光学学会青年工作委员会副主任，中国科学院物理研究所光物理重点实验室副主任（常务）、党支部书记。长期致力于超短脉冲激光技术与应用研究，主要成果有：提出了高对比度放大飞秒激光的一种新方法，得到同类研究当时国际最高峰值功率的PW（10^15瓦）超强激光输出，创造了新的世界纪录；发明了同步不同飞秒激光的新方案，研制成功综合性能国际领先的同步飞秒激光器；建成国内首个阿秒（10^-18秒）激光装置，得到了脉冲宽度小于200阿秒的极紫外激光脉冲；发展了新的光学频率梳技术，研制成功综合性能先进的系列飞秒激光频率梳; 利用新的脉冲压缩技术与国外同事一起获得了亚5fs的激光脉冲，打破了保持10年之久的超短激光脉冲世界纪录; 研制成功系列二极管激光直接泵浦的新型全固态超短脉冲激光，开发成功多种飞秒激光产品并提供国内外多家用户。上述成果在Phys Rev Lett、Opt Lett等SCI杂志上发表论文300余篇。2001年获中国科学院青年科学家奖，2002年获国家杰出青年基金，2011获胡刚复物理奖。作为第一完成人先后获得中科院及军队科技二等奖3项。此外也作为主要成员获得国家自然科学二等奖、中科院杰出科技成就集体奖各1次。
奚婷婷，中国科学院大学物理科学学院副教授。从事高功率飞秒激光在非线性介质中成丝传输的理论研究工作，在飞秒激光成丝机理和优化控制，超连续辐射增强，以及三次谐波的产生等方面进行了深入的研究，发表了Physical Review Letters, Physical Review E等学术论文20余篇。