现代光学前沿

2015 年 春 季学期研究生课程考核

（读书报告、研究报告）

关于玻色爱因斯坦凝聚的研究综述

1. 概念

设在体积为V 的容器中存在由N 个同种玻色粒子组成的理想气体。理想玻色气体处于热平衡状态时服从玻色—爱因斯坦统计。如果以n (εi) 表示热平衡时处于能级εi 的某一量子态中的平均粒子数，则n (εi ) 可表示为

()1

(1) i i KT n e εμε-=-

式中μ为粒子的化学势，对于玻色系统它要满足μ≤0； k 为玻耳兹曼常量。系统的总粒子数为

()() 11i i i i KT N n e εμε-==-∑∑

用N0表示处于最低能级(ε0 = 0) 的粒子数，用N ′表示处于较高能级中的粒子数，则总粒子数可表为

0N N N =+' 而001KT N G e μ=- 其中G 0 为ε0 = 0 能级的微观态数，可设G 0 = 1。

0()11i i KT N e εμ≠-='-∑

应对εi ≠0 的所有微观态求和。

利用上式，近似地用积分代替求和，并考虑到函数的单调性可知，在某一特定的温度， N ′有一个上限Nmax ，则

32max 22() 2.612mkT N SV N h π≤?='

式中S 表示粒子的一个空间运动状态对应S 个不同的自旋态， m 为玻色子的质量，h 为普朗克常量。这个特定的温度称为临界温度，用TC 表示。当T < TC 时，N ’( T) < N ，其余的N – N ’( T)个粒子都进入到最低能级(ε0 = 0) 中去。此时可推得

32

()c T N N T =' 032][1()c T N N T =-

这个结果表明:当系统的温度低于临界T C 时，粒子将迅速在最低能级集结，使N 0 成为与N 可以比拟的量，若T = 0，则N 0 = N ，即全部粒子都转移到最低能级，这个现象就是玻色—爱因斯坦凝聚。

2. 国内外研究动态

早在1924 年，爱因斯坦在理论上就预言，当温度足够低时理想玻色子就会出现玻色—爱因斯坦凝聚现象。此后，许多科学家都想在实验上证实这一预言的存在，但由于当时实验条件和实验技术有限，在爱因斯坦预言后70 年内都无法在实验上证实这一点。到了上世纪80 年代末和90 年代初，美国国家标准与技术研究所的埃里克·康奈尔博士和科罗拉多大学的卡尔·维曼教授带领一批学生和博士后(称为J ILA 小组) 从事玻色—爱因斯坦凝聚研究达6 年之久，终于在1995 年7 月，在原子铷的蒸汽中实现了这种凝聚；同年8 月，美国Rice 大学的Hulet 小组报道了在锂原子中观察到了玻色—爱因斯坦凝聚；11月，美国麻省理工学院的Ketterle 小组又报道了钠原子的玻色—爱因斯坦凝聚结果。这3 个实验可称为玻色—爱因斯坦凝聚研究历史上的重要里程碑。3 个实验各有特点。J ILA 小组的工作最早完成，是首创的。在他们的实验中原子铷首先被激光冷却，然后载入磁陷阱通过强力蒸发被进一步冷却到创记录的低温(170nk) 下，从而获得凝聚物，这正是人们期望已久的新物态—玻色—爱因斯坦凝聚态。Ketterle 小组的特点是快速冷却，能在7s 内使相空间密度增大6 个数量级。他们的凝聚物中包含着更多的原子，密度超过1014/ cm3 。以上两个小组都是在具有正散射长度(α> 0) 的原子气体中实现玻色—爱因斯坦凝聚的，而Rice 大学的Hulet 小组是在具有负散射长度(α< 0) 的锂原子中找到玻色—爱因斯坦凝聚的证据，这是他们的一大特色。

1995 年后，世界上有许多实验室都投入实现玻色—爱因斯坦凝聚的研究。至今已有近30 个研究小组宣称他们实现了玻色—爱因斯坦凝聚(其中包括日本的三个小组) 。其中绝大部分是采用铷原子蒸汽为样品，这是因为铷原子在冷却中涉及的跃迁波长在780mm 附近，可采用半导体激光器作为冷却用的激光，运转稳定，实验周期短。1998 年6 月，美国麻省理工学院小组实现了氢原子的玻色—爱因斯坦凝聚。氢原子曾被认为是实现玻色—爱因斯坦凝聚的最理想材料，50 年代起就有人提出以它首选。因为它较轻，在相同的温度下有较长的热波长，容易达到玻色—爱因斯坦凝聚的要求。但氢原子系统在形成玻色—爱因斯坦凝聚的过程中，由于二体偶极弛豫会随温度的下降而迅速减少系统的原子数，产生一些特殊困难，以致实验上反而落在别的原子系统之后，MIT 小组在氢原子中实

现玻色—爱因斯坦凝聚，是这一研究中的一大进步。

实验上实现了玻色—爱因斯坦凝聚之后，研究工作朝着两个方向发展。一方面是继续完善实验技术，实现稳定连续的物质波相干放大输出，以便开发新的应用领域，并完善对凝聚物质的检测手段。另一方面是关注与玻色—爱因斯坦凝聚相关的基础理论研究。至今为止，对有关玻色—爱因斯坦凝聚的许多基本问题人们的认识还十分模糊，例如:玻色—爱因斯坦凝聚态是怎么形成的，粒子间的相互作用对玻色—爱因斯坦凝聚的性质是如何影响的，玻色—爱因斯坦凝聚相变的特性如何，玻色—爱因斯坦凝聚的超流性质，它与光的相互作用，它的碰撞特性等等，都还是一个谜。但有了实验产生的玻色—爱因斯坦凝聚态，就有可能对这些问题进行探索。

实验上的进展是惊人的。1996 年底，MIT 小组首先在产生原子相干输出方面取得实质性的进展，尽管还不够完善，但他们开创性的工作表明，最终实现稳定的物质波相干放大输出是完全可能的。1998 年，美国国家标准与技术研究所的一个小组在1997 年诺贝尔物理学奖获得者Phillips W D. 博士的领导下，成功地研制出世界第一台全可控可调谐物质波激光器，并成功地完成了世界上第一个物质波混频实验。他们的成果刊登在全球科技界最负盛名的《自然》和《科学》杂志上，引起了很大的轰动。至于玻色—爱因斯坦凝聚物的检测，目前主要是采用共振吸收成像技术。但这属于破坏检测，因而寻找非破坏性的检测是今后的一个目标。有关玻色—爱因斯坦凝聚的理论研究工作是大量而广泛的。1995 年起，有大量文章从各个方面(如系统温度T = 0 和T > 0 ，基态和激发态，散射长度α> 0 和α< 0 ，势阱的作用，空间维数的影响，粒子的运动特征等) 对玻色—爱因斯坦凝聚现象作了不同的探讨和研究。由于描述弱相互作用玻色气体的方程在一个非线性薛定谔方程，要求得一个准确的解析解是十分困难的，因而发展了多种近似计算乃至数值计算方法。膺势法，自洽场方法，高斯变分法，平均场方法，格林函数法，重整化群方法等。

最近，为了进一步了解凝聚体的基本性质，人们又致力于研究其激发性质和相干性质，从而促进了原子物质波量子干涉效应—非线性原子光学的研究。此外，对费米气体的性质及其受势阱的影响也有些研究。这是一个重要课题，因为在一定条件下，费米子能形成库柏对，也表现出玻色子的行为，因而在玻色—爱因斯坦凝聚研究的进展中对费米子库柏对的研究兴趣也大大加强了。

国内虽然至今未有实验实现玻色—爱因斯坦凝聚的报道，但有许多研究小组开展了从理论到实验的各方面研究。在国际上发表了一批有一定影响的成果。特别是中科院上海光机所量子光学开放实验室在王育竹院士领导下，自70 年代末就对产生玻色—爱因斯坦凝聚的关键技术—激光冷却进行研究，并在1988 年实现了钠原子60μK的一维冷却。目前他们还在利用光学漏斗中的激光冷却技术和光学陷阱的囚禁技术做实现玻色—爱因斯坦凝聚的尝试。北京大学曾报道了他

们在玻色—爱因斯坦凝聚的光散射和兰姆位移方面的研究进展。此外中科院理论物理所、武汉物理与数学研究所、厦门大学物理系研究小组等也都有过研究报道。但在这领域，由于我国长期投入和积累不够，现已失去了争取在国际上占有领先地位的最佳机遇。然而这个领域是我国不能放弃的一个领域，它对基础研究和应用研究都具有重要的意义。

3.前景展望

玻色-爱因斯坦凝聚体所具有的奇特性质和它对基础研究以及应用的重要意义，使得玻色—爱因斯坦凝聚及其相关问题的研究，已成为现代物理学的主要前沿领域之一。玻色-爱因斯坦凝聚的研究将会促使人们对物理学一些基本问题的重新认识，并为开发其应用开创一个新纪元。众所周知，光进入介质时速度会变慢，但一般只会减慢到原来的几分之一。而应用玻色-爱因斯坦凝聚状态的“冷凝物”作介质，可使光速降为零。降低光速可有许多用途，不仅对于研制未来的光学计算机具有非常重要的意义，而且利用它可开发将红外线转换为可见光的技术，减少通信系统中的噪音以及研制性能更好的视频显示和夜视装置等。还有，可以利用玻色-爱因斯坦凝聚体来改进现有的原子钟。如果做为原子钟的原子蒸汽直接取自铍色-爱因斯坦凝聚体，共振跃迁的信号将更为尖锐，因而时间的计量精度有望再提高100 倍，达到1/1015的水平。此外，通过实现原子束的相干放大—原子激光，有可能对高新技术产生革命性的影响。不容置疑，玻色—爱因斯坦凝聚的研究将深刻地影响着二十一世纪物理学的发展和科学技术的进步。

关于随机激光的研究综述

1.随机激光的概念

随机激光的反馈机制是基于散射介质的多重散射，在无序的增益体系中荧光分子发生受激辐射而得到激光。因为在传统激光器中光散射会把光子从谐振腔的激光模式中散射出去，因此传统上光散射被认为对激光发射是有害的。但是，在一个很强的散射的增益体系中，光散射起到积极的作用:第一，多重散射增加了光子在增益介质的光程或者存在时间，有益于受激发射提高增益；第二，循环光散射可以为激光振荡提供相干反馈。目前，无序体系中的激光已成为理论和实验研究的热点课题。随机激光有两种反馈机制:一种是能量密度或者能量反馈；另一种是场或者振幅反馈。前者反馈被称为非相干或者非谐振反馈，后者反馈被称为相干或者谐振反馈。基于反馈机理不同，随机激光可以被分成两个类型:(1)基于能量密度或者能量反馈的非相干随机激光；(2)基于场或者振幅反馈的相干随机激光。

2.随机激光的发现

1966年Ambartsumyan等人通过用一个散射表面替换F-}P腔中的一个反射

镜实现了一种提供不同类型的非谐振反馈激光腔。光在这个新类型腔中会发生多重散射，每当被散射一次光的传输方向都要改变一次。因此，光在腔内经过一次往返后不会再回到原来的位置。从而，在这样的腔内不会有电磁场的空间共振，同时光的存在时间对频率也不敏感。在这样的激光器中，仅仅只有部分能量或者光子被反馈到增益体系中，也就是说这个体系只有能量或者强度的反馈，这种非谐振反馈也可以用模式来解释。当FP腔的一个反射镜被一个散射平面代替时，从腔泄露出去的发射光成为所有模式的主要损耗机理。随之而来的是许多低Q 值谐振取代独立的高Q值谐振，这些低Q值波谱互相重叠从而形成一个连续光谱，从而形成非谐振反馈。没有谐振反馈意味着腔波谱趋向于连续光谱，这就是说光谱不会出现独立确定的谐振频率。随着泵浦能量的增加，发射谱向着增益谱中心慢慢的窄化。但是，这种光谱的窄化过程远远慢于传统激光器的窄化过程。因为在非谐振反馈激光腔中许多模式是作为一个整体与增益介质相互作用，所以激光发射的统计特征与传统激光器是完全不同的。这种没有谐振反馈的激光发射是没有空间相干性以及它们的相位也是不稳定的。在这种激光器中唯一的谐振元件只有增益介质的增益谱，发射的平均频率将不取决于激光腔尺寸，而仅仅是依赖于增益谱的中心频率。如果中心频率是足够稳定的，这种激光的发射有一个稳定的平均频率。

对于随机激光的发现源于上个世纪60年代，1968年俄罗斯科学院的Letokhov首次计算了随机增益介质中的光学特性，提出了随机增益介质中激光辐射现象，但由于人们觉得在随机场中的散射对激光的产生是不利的，在很长时间内Letokhov的开拓性工作没有受到重视。

直到1994年美国学者Lawandy用530nm的激光脉冲抽运TiO2微粒和若丹明染料形成的胶体悬浮液，观察液体表面的发射光，发现了当抽运光超过某个阈值时，出现了谱宽很窄的发射峰，也就是随机激光。并通过进一步的研究表明，这种激光的特性和悬浮在液体中的微粒TiO2密切相关。实验结果在Nature上发表后，随机激光现象才再次引起了人们的重视，也得到了很快的发展。

1999年美国西北大学的H.Cao等人在Zn0半导体粉末的荧光试验中，也观测到了随机激光辐射。他们利用激光溅射化学沉积法制备了薄膜，然后用Nd:YAG激光器的三倍频激光或四倍频激光作为抽运光，聚焦成圆斑或条状，正入射到Zn0薄膜上，当抽运光较弱时，辐射光呈现谱宽较宽的自发辐射谱；随着抽运光强度增加，频率靠近增益曲线中心处的光被优先放大，谱线宽度显著变窄；当抽运光强度超过一定数值(阈值)时，发射谱出现尖峰，其线宽小于0.3nm，是抽运光强在阐值以下时辐射线宽的1/30；当抽运光强度进一步增加时，将有更窄的尖峰出现。

2000年，H.Cao他们从Zn0薄膜的顶端向下观测时，再次发现很多亮的“颗粒状”发光区域。这些亮点的形状大小在0.3-0.7μm左右，它们在介质中的分布

是随机的。他们还发现，当改变抽运能量或移动膜表面抽运区域位置时，这些亮点位置将发生变化，而且辐射光频率及光强也随之变化。

3.国内外研究进展

对于随机激光理论，有着多种解释。1968年，俄罗斯科学院的Letokhov 用扩散方程提出了随机激光理论，他认为光子在介质中的传播相当于经典粒子的无轨行走(如同液体中悬浮颗粒的布朗运动)，光子的运动规律遵守有增益的散射方程。微粒的散射提供一种类似于共振腔的反馈，增加了光子在介质中行走路程。一个光子在介质中将行经一个长的随机路线，也将在每个散射过程中被放大。由于增益和波长的关系，某些波长上的光比其他波长上的光更容易被放大，从而在输出光谱上占主导地位，产生很窄的发射光谱。Letokhov的工作首先从理论上证明了随机介质中的激光现象，这种激光现象也被称为漫反射激光[f}l。但是Letokhov所说的光学现象本质上属于自发辐射放大，他的计算并没有考虑强散射的干涉效应，不能解释随机激光器的物理机制。

1994年Lawandy等人在胶体溶液中发现了激光辐射现象，并在Nature上发表后，引起了人们的极大兴趣。但他们对这种发光的机制也感到困惑，认为实验中观察到的现象不能用Letokhov的散射理论来解释，应该有另外一种物理机制。

1999年，美国西北大学的H.Cao等人在ZnO半导体随机介质中，观察到了受激辐射现象，首当其冲研究了其光学性质。他们认为随机介质中的激光现象和光子的局域化密切相关，并提出了环形腔理论。该理论较好地解释了随机激光器的发射光谱和发射光的空间分布特性。环形腔理论认为光子通过多次散射后有可能形成一个闭合回路或闭合环，这些闭合环类似于一个环形共振腔，可以提供相干反馈。在随机激光器辐射光波中所观测到的很亮的“颗粒状”发光区域，事实上就是光在共振腔中多次散射相干叠加的结果。随机介质中可形成许多这样的闭合环，它们起到共振腔的作用，不同的闭合环有不同的光学损耗。当抽运光强度增加时，在低光学损耗闭合腔中，增益首先超过损耗，产生激光振荡，振荡频率由腔的共振频率决定，随机介质中出现少数激光振荡纵模。当抽运光强继续增加时，在高损耗闭环腔中，增益也超过损耗，出现多个纵模振荡。H.Cao的这一理论得到了有关增益介质光子局域化理论和实验的支持。

1996年，意大利的Diederik Wiersma小组证实了在随机增益介质中观察后向相干散射的可能性。香港Zhang的计算也表明:在强散射无源介质中引入增益有助于实现Anderson局域，这些都为H.Cao的环形腔理论提供了间接的依据。H. Cao等人的环形腔理论，关键在于证明相干反馈的存在。

为此，他们研究了随机介质中产生受激辐射前后的光学性质。结果显示当逐渐减少散射粒子平均自由程时，随机介质中将出现受激辐射，发射光的光子数分布发生很大的变化。当抽运功率低于阈值时，随机介质中没有相干反馈，发射谱

较宽，光子数呈现玻色一爱因斯坦BE分布；当抽运功率高于阈值时，发射谱变窄，出现了锐发射峰，其宽度为阈值前的1/30，光子数分布呈现泊松(Possion)分布。也就是说，当光功率超过某个阈值时，随机介质中的光子数分布出现了从阈值下的BE分布向Possion分布的变化。这说明随机介质中形成了强的相干反馈，产生强烈的受激辐射。

2001年，这一理论又有了进一步的发展，H.Cao等人提出了准态模型。准态是麦克斯韦(Maxwell)方程组在有限介质中电磁波的本征值，其边界条件为介质外部的波不能入射到介质中，介质中的电磁波可以透射到介质外或反射回介质中来，准态之间可以交换光子。准态的频率是一个复数，其虚部表示光子的损耗，产生损耗的原因是透射出介质的光子和准态之间的光子交换。这一理论用准态的祸合和分离以及损耗等概念解释了随机激光器的光谱、阈值等特性。准态模型和环形腔模型基本上是类似的，但准态模型强调了准态之间的祸合并具体说明了激光的损耗，很好地解释了环形腔的阈值特性，是对环形腔理论的补充。

2002年美国犹他州大学的Apalkov等人对H.Cao等人的环形腔理论提出了质疑，并提出环形波导理论来解释随机激光现象。他们认为在随机介质中，散射微粒的随机散射形成环形腔几率很小，这是因为光子在环形腔的散射有很高的损耗。在随机介质中形成环形腔要求随机介质具有很高的增益，而环形波导的形成不需要强散射、高增益的随机介质，在弱散射介质中也可以形成环形波导。因此，在同样的随机介质中，形成高Q值环形波导的几率远大于环形腔的形成几率。同时这个理论还揭示了环形波导的形成和介质结构特征的相互关系:介质中环形波导的形成和介质的介电常数的涨落密切相关，改变介质介电常数的涨落可在介质中形成高Q值的环形波导。环形波导理论对随机介质中的微腔结构和形成条件有了更深刻的阐述，补充了环形腔理论的不足，使我们对随机介质的光学特性和结构的关系有了进一步的认识。

另外，在2004年7月30日出版的Phys.Rev.Lett.上Diederik Wiersma及其同事Sushil Mujumdar提出了“幸运光子造就随机激光”这一模型。他们认为，虽然大部分光子在增益介质中以随机步行(random walk)的方式反弹大约十次便会离开物质，然而有少数的光子却可在物质中反弹100~1000次，他们称这些光子是“幸运的光子”，而这些少数的幸运光子在离开物质时则会伴随着大量相同波长的同调光子，估计500次的反弹，一个光子将会被放大成1012个光子，他们以实验及计算机仿真来验证这个模型，并得到了相当吻合的结果。

4.随机光纤激光

我们可以在许多体系中得到随机激光，例如:染料和纳米颗粒的悬浮液、

半导体粉末与薄膜，金属纳米颗粒、共扼聚合物、量子点胶体、稀土粉末、人类组织以及液晶体系。随机激光有其独特的特点可以用于各种领域，例如:(1)小型

激光器，可以作为微型激光器用于集成光学器件;(2)全场成像，激光成像时由于高的空间相干性，会造成散斑现象，从而影响成像质量。随机激光由于低的空间相干性和较高光子简并度的特性，可以避免串扰和散斑现象。(3)传感器,随机激光的模式和散射体系的散射介质有关系，因此随机激光可以作为无序介质的传感器，可以用于癌症探测上。由于随机激光的高('}J值和无方向性影响随机激光的应用，后来人们利用光纤波导的一维束缚作用得到高效率、低阈值以及有方向性的随机激光。根据类型，光纤随机激光分为以下几种:

(1)基于纳米颗粒散射的随机光纤激光:

2007年，C. J. S. de Matos利用尺寸为250 nm的二氧化钦的纳米颗粒和罗丹明6G溶液灌入光子晶体光纤的空芯中，在侧向泵浦下得到非相干随机光纤激光，同样的随机增益体系在光纤体系中相对于在大块体系中随机光纤激光的激光效率有两个数量级的提高。

后来，我们利用聚倍半硅氧烷纳米颗粒和PM597激光染料灌入空芯光纤制作成液芯光纤，然后纵向泵浦这个液芯光纤我们得到相干随机光纤激光，并解释了散射平均自由程在一维光纤波导束缚下会大大减小。

(2)分布式反馈的随机光纤激光:

2010年，S. K. Turitsyn等人利用瑞利散射和Raman放大效应在无反射镜的开放腔内得到光纤激光。光纤波导结构提供横同束缚作用和一维的随机反馈，从而导致固定的近高斯光束的窄光谱的出现，在效率和性能上和常规激光有同样的性质。因为在光纤玻璃结构中由于不均匀性造成的瑞利散射极其弱，从而使随机分布式反馈光纤激光有不同于传统随机激光和传统光纤激光的性质。

2010年，D. V. Churkin等人利用布拉格光栅和分布式瑞利散射组成不同的谐振腔研究随机光纤激光性质。2012年，他们测得在随机分布式反馈Raman光纤激光中轴向的能量分布，这个分布有个尖锐的最大值并且随着泵浦能量变化，空间分布曲线不同于一阶和二阶斯托克斯光波。

2011年，S. A. Babin等人利用可调谐带通滤波器获得在宽波长范围、平坦能量输出、高效率的随机光纤激光。I. D. Vatnik等人实验上证明在1.2 nm波段的连续随机分布式反馈Raman光纤激光。A. M. R. Pinto等人提出基于杂化谐振腔的多波长Raman光纤激光，激光反馈是基于高双折射的光子晶体光纤环形镜和随机腔的联合作用。后来，他们利用一个双随机镜和一个悬芯的Sagnac干涉仪得到多波长发射的随机光纤激光，他们利用一个Fabry-Perot杂化腔和一个光纤随机镜得到一个随机光纤激光温度传感器。

最近，T. Zhu等人报道了在没有反射镜的开放腔内基于受激瑞利散射的窄带线宽(~4 kHz)的随机光纤激光。M. Pang等人在一个相干布里渊随机光纤激光中观察到窄带线宽的激光尖峰。

国内的饶云江教授研究了在一个半开放光纤腔内的二阶随机激光行为，利用

瑞利散射和在色散补偿光纤里的拉曼增益得到有效的随机光纤激光，在超长环形激光器内观察到随机激光和腔共振两种激光发射，研究了基于随机光纤激光的分布式拉曼放大的增益和噪音特征，提出利用一阶和二阶随机光纤激光作为长距离点传感系统。

关于超快超短激光的研究综述

1.超快超短激光的发展

锁模技术是获得短脉冲激光的重要手段。第一代的锁模激光器主要是基于红宝石、钱玻璃或NaYAG等增益介质，此类激光器可产生小于100ps的脉冲激光。1974年，Shank等川用染料激光器产生了亚皮秒(0. 5 ~1. 0 ps)脉冲，但由于染料激光器本身所具有的稳定性差的缺点，到20世纪80年代后期，新的固体激光材料开始成为研究热点。固体激光器相对于染料激光所具有的高稳定性、更宽的荧光谱线等优点，有利于产生超短脉冲和宽的调谐性能。1986年，Moulton}''}研究了可在室温下工作的钛宝石激光器，由于其具有的宽增益带宽性质保证了飞秒激光脉冲的实现。对于超快染料激光，能够保证短脉冲27 fs、平均功率约10 mW，但是对于平均功率约100 mW的5~6 fs、超短脉冲则需依赖钛宝石激光器。

同时期，CPA技术的出现使激光光强提高到10z0 W/cmz，为产生超强、超短脉冲开辟了新的途径。CPA技术的原理是:由振荡器输出的短脉冲，先展宽至皮秒甚至亚纳秒量级，然后进行放大，获得足够的能量增益，再经压缩器获得与展宽前脉宽相近的飞秒脉冲。这样，既可以保证飞秒脉冲放大有高的通量以实现高的抽取效率，又避免了因高强度而产生的光学损伤及非线性效应。图1为CPA 飞秒脉冲放大系统示意图。

图1 放大技术原理示意图

1991年，Spence等采用克尔透镜锁模(KLM)技术，以钛宝石晶体为激光增益介质研制成功了60 fs脉冲激光器。由于钛宝石较宽的增益带宽特性，保证了从克尔透镜锁模振荡器获得飞秒量级的脉冲激光。特别是钛宝石的高饱和度能量密度(0. 9 J/cm2)、高的热导率(300 K时46 W/mK)和高损伤阈值特征，适合产生

高峰值功率的激光脉冲。最近几年，采用多级CPA技术与宽带固体激光材料(钛宝石)结合，获得的最大脉冲峰值功率可达到拍瓦量级。

目前，钛宝石己成为无可替代的超快激光材料，而且只有钛宝石克尔透镜锁模激光器可获得小于6fs的超短脉冲宽度。从染料激光器到克尔透镜锁模激光器，钛宝石是运转变得简单和获得较稳定的激光器的首选材料。

2.国内外超强、超短激光的新进展

对于超高强度的脉冲激光有越来越多的研究和应用需求，例如基于激光的粒子加速、超快高能电子和离子的产生等。其中某些应用如激光尾场加速需要在拍瓦水平，因此各国的研究者都在致力于发展超强、超短脉冲激光。近年来，基于钛宝石的超快、超强激光的发展状况如图2所示。

图2基于钛宝石的拍瓦激光的发展状况

自20世纪90年代中期以来，将CPA技术和钛宝石增益介质相结合，使超强飞秒激光系统产生的脉冲峰值功率己经发展至百太瓦的水平。

2003年，日本原子能研究所(JAERI)的Aoyama等以CPA技术为基础，在四级钛宝石放大器链上产生峰值功率0. 85 PW，脉冲持续时间33 f、的激光脉冲。其所测得脉冲宽度(半峰全宽FWHM)为32. 9 fs，压缩器的传输率为75%，压缩后输出脉冲能量为28. 4 J，其激光脉冲的峰值功率为0. 85 PW。

另外，2008年Yanovsky等的报道也是达到了亚拍瓦级(约300 TW)，表明了同时期的较高水平。到2010年，韩国先进光子学研究所(APRI)的Sung等mo，利用基于钛宝石的CPA激光系统获得了1.0 PW，30 fs的激光脉冲。2012年，该小组采用四光栅结构压缩器将放大后的激光脉冲压缩至30 fs，从0. 1 Hz的CPA 钛宝石激光系统中得到了高对比度、1.5PW的激光脉冲。同年，法国Lureau等报道了1. 3 PW，亚30 fs的激光。

最新的报道指出欧洲的Extreme Light Infrastructure (ELI)计划中用到的APOLLON-10 PW钛宝石激光系统正在设计和发展中，未来将被用于其阿秒物

理、二次源代和激光驱动核物理等科学研究领域。

国内在该领域的研究主要集中在中国科学院上海光学精密机械研究所(简称上海光机所)强场激光实验室、中国科学院物理研究所、中国科学院西安光学精密机械研究所和天津大学等单位。

2007年，上海光机所的Liang等在大口径钛宝石上电镀掺杂了吸收体的折射率匹配液，来抑制横向的寄生振荡，利用声光可编程色散滤波器(AOPDF)来抑制压缩脉冲前后的旁瓣。从而获得了800 nm的激光输出，其峰值功率为0. 89 PW，脉冲宽度29. 0 fs。激光系统包括l0 fs自锁模钛宝石振荡器、AOPDF、采用1200 g/mm光栅的脉冲展宽器、再生放大器、三级多通道放大器以及采用为1480 g/mm 的四光栅结构的压缩器。

2010年，该研究小组通过增加大口径钛宝石放大器中的抽运及信号光束尺寸，优化整个激光系统，脉冲压缩之前的激光输出能量提高至42. 6 J，相应的激光峰值功率超过了1 PW。激光输出能量在40J处所测得的不稳定度小于 5%。其单次输出光束轮廓是典型的准平顶。

2011年，中国科学院物理研究所的Wand等，以双啁啾脉冲放大和飞秒非共线光学参量放大器的组合方案为基础，通过提高末级放大器的增益效率和抽运能量，获得了高对比度、能量高达32. 3 J的飞秒激光脉冲。测量显示其主激光脉冲的对比度约1010，压缩脉冲的持续时间是27. 9 fs，对应的峰值功率1. 16 PW。

2012年，上海光机所的Leng等获得了峰值功率1. 26 PW的超强激光，其时间衬比度提高至1011左右。

另外，上海光机所的Cao等正计划利用掺钦金绿宝石(Ti chrysoberyl)和钛宝石混合放大链设计10 PW级的激光系统。

3.应用前景

超快强激光的应用可概括为两个方而:1）利用超短脉冲来观测材料中的超快反应过程；2）利用超强度脉冲形成高能量密度的集中。借此，可以观察到原子、分子、离子和固体物理学的高度非线性过程，并进入前所未有的物质状态。A．强场物理实验

飞秒激光产生的激光强度可达到1020 W/cm2，如此高的场强足以在几十到几百飞秒时间里将原子的几乎所有电子剥离，并将剥离的电子加速到相对论速度。在这样的极端条件下，会呈现一系列全新的物理效应。例如:激光脉冲的相对论自聚焦效应、自由电子非线性光学效应等。

B．其他应用

时间分辨光谱学:超短激光的脉冲宽度小于光穿过原子的时间，适合于在原子水平上来捕捉物理、化学和生物等超快过程的闪频照片。发展超强飞秒激光致X射线源，可以帮助我们更好地了解材料的结构。

超高强度激光可用来加速电子和质子至接近光速。这意味着可以创造出离子加速器以使离子具有动能，与目前的最大的粒子加速器相匹敌，而尺寸、造价只有目前的一小部分。

激光超微细加工方而，利用超短激光可实现多种材料的超微加工以及雕刻等工艺。并且，在量子水平上的操控可能产生新的材料和物质状态。

参考文献

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前沿课题讲座综述

前沿课题讲座综述 作为一名研究生，除了学习期间课程和实验室的项目涉及到的计算机，信息安全技术的部分内容，我们还应该主动去了解通信和计算机的基础理论研究，信息技术现在发展迅速，作为信息技术的著名高校北京邮电大学的研究生，要抓住这个重大的历史机遇，补充自己的科学技术知识，还要关注与信息技术相关的各方面知识体系，比如管理。还要在搞研究的期间注意自身的文化素质和思想的成长，树立正确的价值观，人生观和价值观，想好人生规划，树立人生方向。在研究生期间，因为专业的关系，我对移动通信方面的前沿理论和技术比较感兴趣，另外，对互联网技术以及管理和IT产业发展也比较关注。从2011年9月份入学至今，我参加的讲座主要有以下： 1.Flexible Access Control of Encrypted Data in the Cloud 主讲人：Professor Robert Deng,Singapore Management University 时间：2013年11月22日（周五）下午14：00-17：00 地点：教三楼211 传统上，对数据的访问控制被强制执行通过使用受信任的服务器去存储数据和调解访问控制。然而，服务正在越来越多的存储数据在多个服务器之间与其他数据所有者共享。这样的一个例子就是云计算，由于聚合弹性资源管理，它能为社会提供各项服务以显着降低的成本。由于软件系统不能保证无缺陷，并且在这样的分布式系统中，硬件平台没有处在数据拥有者的直接控制下，安全隐患是大量的。为了减轻用户对他们隐私数据的担心，一个常见的解决方案，是以加密的形式外包数据，这样即使数据服务器不被信任或损害，它也会保持私密性。但是，加密的数据必须服从共享和访问控制。在这次讲座中，讨论了与外包数据存储相关的各种安全问题，并提供新兴的解决方案概述，为实现在不受信任的服务器中对加密数据安全和灵活的访问。 2.科技这么玩儿——聊聊数字媒介的感官创造力和数据可视化 主讲人：李秋明先生、李学明教授 时间：2013年11月19日（周二）晚18:30-20:30

冷原子物理意义

冷原子物理的意义 按照人类对微观世界的认识深入程度划分，当代物理学有三个最主要的研究领域，即粒子物理，原子分子与光物理（AMO）和凝聚态物理。这三个领域的物理学家瓜分了决大多数20世纪50年代以来的诺贝尔物理学奖。 就这三个大领域的基础性和应用性来说，原子分子与光物理领域介于其他两者之间。它没有像粒子物理物理那样需要依靠大型实验设备展开基础性探索工作，也没有像凝聚态物理那样把更多的研究方向瞄准于可遇见的应用。因此在原子分子与光物理领域中，许多研究方向的现实意义并不为人所熟知，激光冷却技术和冷原子物理就是其中一例。 作为这个大领域的最热门方向之一，激光冷却技术冷原子物理领域曾在5 年内诞生了两次诺贝尔物理学奖，分别是1997年朱棣文(S. Chu), 科昂-塔努基(C. Cohen-Tannoudji)和菲利普斯(W. Phillips)因发明了激光冷却技术而获奖；以及2 001年维曼(C. Wieman)，康乃尔(E. Cornell), 和凯特勒(W. Ketterle)利用激光冷却技术获得玻色－爱因斯坦凝聚（BEC）而获奖。就连2005年诺贝尔物理学奖的获奖成果也与冷原子物理紧密相关，获奖人之一的汉施(T. Hansch)也曾是激光冷却思想最早的提出者之一。 一个小小的研究领域能这样受到重视，它深层次的研究意义分不开的。冷原子物理领域的开创者们也许不会想到，依靠激光冷却技术获得的超低温原子因为有着其他状态的物质（常温原子）所没有的优势，在可预见的未来将对人类文明发展起到十分关键作用。 一、可观测相干的物质波波长 微观世界的粒子都具有波粒二相性。德布罗意波（物质波）波长λ＝h/mv，与粒子的动量呈反比。室温原子因为平均速度达到几百米每妙，其德布罗意波长为很小，大约为10-12米量级，原子大多处在不同的量子态上，相干长度很短，难以形成干涉。冷原子最低温度可达到几个纳K，平均速度可达到几厘米每秒，德布罗意波长约为10-7米量级，相干长度很长，能够宏观观测到相干现象。当碱

生物科学前沿简介

第八讲生物科学前沿简介 一、20世纪生物科学发展的历史回顾 记者：匡先生，在展望生物学绚丽的发展前景之前，您能否简要的回顾20世纪生物学领域所取得的引人注目的成就呢？ 匡廷云院士：由于19世纪以来，物理学、化学、地学以及技术科学的理论成就和技术进步，为生物学家认识生物发展规律提供了许多新的手段、方法。所以19世纪末20世纪初，生命科学取得了巨大的发展。在20世纪在生命科学领域有两次革命性的突破。第一次是孟德尔遗传学的再认识和摩尔根的基因论。孟德尔开创了经典遗传学，揭示了生物遗传现象。摩尔根主要用实验手段证明了基因是有序排列在染色体上的。 到了20世纪中叶，迎来第二次突破性进展，即沃森和克里克发现DNA双螺旋结构。沃森是生物学家，当时刚刚在美国拿到博士学位，研究噬菌体，后来到了英国。而克里克是个物理学家，当时在剑桥读Ph.D，用X射线衍射研究蛋白质晶体结构。沃森的贡献是在于确定DNA 两对特异性碱基的配对。克里克的贡献在于他极力主张建立物理模型，从分子、原子之间的距离和角度就可以得到最大限度的变量和稳定条件。特别有规则的双螺旋结构大大减少了变量数目。物理学家和生物学家完美的结合发现了DNA双螺旋结构。这是第二个突破性的里程碑。 图2 玉米籽粒的孟德尔遗传 图3 DNA 双螺旋

DNA双螺旋结构的建立开辟了生物学的新纪元。在这个基础上产生了基因工程、蛋白质工程。因此生物技术的发展对科技的发展对科技的发展、社会的进步的推动力是巨大的。由于分子生物学的发展、信息科学的发展人类才有可能识破自身的基因。在20世纪末大规模的开展人类基因组计划，破译人类的基因全序列。这个计划与曼哈顿原子弹计划、阿波罗登月计划并称20世纪人类三大科学计划。可以说20世纪生物学是飞速发展，取得了巨大的成就，为21世纪生命科学的腾飞打下了坚实的基础。

光学工程前沿报告1 潘运

光学工程前沿之来自量子世界的新技术 潘运（MF1415003) （南京大学光通信中心江苏南京 210008） 摘要：本文是听完全国光电技术与系统学术会议中量子技术的邀请报告后，自己的一些感想和总结。郭光灿院士首先介绍了量子世界的与经典世界的一些不同的特点，用来引起大家对量子学的兴趣，然后着重介绍了量子密码和量子计算这两方面的量子学的应用，这两项应用着重体现了量子学巨大的发展前景，最后鼓励大家投身与科学研究的事业中来，体现了郭院士不仅自己专心搞研究而且期望拉起一个研究队伍的科研理念。本篇报告着重介绍量子光学的一些基础性知识，并且对会议中量子学的应用做一些介绍。 关键词：量子光学，量子信息技术，量子世界 Abstract:This article is after listening to the National Optoelectronic Technology and Systems Conference invited the report quantum technology, some of their own feelings and summary. Academician Guangcan Guo first introduced the quantum world with some of the different characteristics of the classical world, to arouse interest in quantum science, and then focuses on the quantum cryptography and quantum computing applications of quantum science in these two areas, which focuses on two applications quantum Theory reflects strong growth prospects, and finally to encourage everyone to join the cause of scientific research in the past, reflecting the professor Guo concentrate not only their own research and expect to pull out of a research team of research ideas. This chapter report highlights some of the basic quantum optics knowledge, and for meeting the application of quantum science to do some introduction. Keywords: Quantum Optics，Quantum information technology，Quantum World 1.引言 量子世界具有经典世界所不具有的特点，对于常年生活在宏观世界中的人来说，这种微观的量子世界的特点可能会然人感到怪异。但是正是由于量

电子商务前沿【文献综述】

湖北工程学院 2017—2018学年度第1学期期末考核答卷 考核课程： 电子商务前沿讲座 考核类型：考查 考核形式：开卷（文献综述） 学生所在院系：经济与管理学院电子商务专业 班 级： 0153005441 试 卷 A 大学生网络营销能力秀始于2009年，是高校竞赛式网络营销教学实践平台，锻炼和培养大学生的网络营销核心能力，每个学期各举办一期，到2016年下半年已进行16期，超过7000个大中专院校的20万师生参加过网络营销能力秀。能力秀——网络营销开始的地方。 移动电子商务商业模式及模式创新文献综述 前言 研究背景：我国互联网络信息中心的数据显示，截到 2015年 12月底，我国网民 规模已达到 6.88 亿，全国的互联网普及率已达到 50.3%。其中，手机用户规模达到了 6.20亿，并继续保持稳定增长的态势。而且 2016 年，全国的网上购物、网络团购等类似业务再创新高。据统计数据显示，在2016年6 月底，我国网民达7.10亿，其中手机网民达6.56亿，在这种环境下，以互联网、信息技术为核心的电子商务企业的蓬勃发展，而传统零售企业的经营发展受到了电子商务的重创，生意惨淡，面对这样的局势，就要求线上线下相结合，发展移动电子商务，以求实体经济和网络经济平衡发展。 研究目的：通过搜集大量文献和其他网络资源，研究不同学者对电子商务的商业模 式的概念理解、商业模式的创新，最后对现有商业模式存在的部分问题提出一些建议，希望能引起更多的学者关注这一问题，并为研究商业模式的学者提供参考价值。

研究意义：理论意义：第一，推动移动电子商务事业理性发展。一个企业的商业模式好坏影响着移动电子商务顺利进展。本文所研究的商业模式将给移动电子商务产业带来更好的发展，提供了一个理性全面的发展空间。 第二，本文借助移动网络技术，探索了移动电子商务的商业模式，将商业模式的各个组成部分细分，促使研究的理论方法更加全面。 第三，有利于进行学术交流。对移动电商的商业模式进行相关理论的探索，可以促进学者之间学术交流，同时也为今后从事这一领域研究学者提供参考。 实践意义：第一，在移动互联网背景下研究移动电子商务商业模式，使其更好地发展，给 用户提供服务带来便利，企业明确自身的责任，维护自身的利益。促进企业与企业间合作，达成利益共享。 第二，促进国家社会经济的发展。分析移动电商的商业模式，对促进社会经济产业发展，具有极其重要的现实意义。电子商务活动的进展是为了社会经济的发展，电子商务商业模式是电子商务发展方向及成败的重要指标，现阶段我国对商业模式的探索还处于初级阶段，本文对移动电子商务商业模式的研究，有利于传统企业选择正确的商业模式，推动移动电子商务在新时代的发展。 一、商业模式、特点及评价 （一）核心概念 1.商业模式概念 刘丽侠[1]商业模式是一个企业生存的模式，能够为企业创造利益的模式，它最基本的核心内容就是创造与实现价值。它也是由一系列生产、销售、运营等经济实体之间的商业活动，能够为用户提供服务，创造企业的价值，以及建立良好的协作网络关系，节约大量的成本，创造属于自己本企业的模式。宋娜[2]商业模式的基本含义就是指企业价值创造的基本逻辑，即企业在一定的价值链或价值网络中如何向客户提供产品和服务并获取利润。李沂濛[3]商业模式是一个企业的大方向的布局，从一个产品被生产出来，到交付运营部门进行包装和宣传，包括管理部门在内部各部门间的协调，直到产品走向市场，最终收回资金流，是一个具有详细规划和规定的运作流程，企业关注的不仅仅是盈利，而是如何保持持续盈利，即站在客户的角度在满足客户的要求同时，为自己创造商誉等无形资本，让企业可以在激烈的市场竞争中立于不败之地。 虽然研究的角度不同，但他们都肯定了顾客价值，顾客要求，企业的所有活动、所有目标的实现都以客户创造价值展开，商业模式是一种体系，它能给企业带来很好的生存和发展途径，它能够使企业保持持续盈利的活力。 2.移动电子商务商业模式概念 移动电子商务的商业模式是指在移动网络技术的研究背景下，进行商务活动的参与主体之间开展商业活动，并能使其企业创造价值，最终获得利润。移动电子商务商业模式是在智能终端上开展商业活动，需要移动运营商的移动网络支持，平台提供商搭建一个平台供内容服务商将服务呈现给用户，在整个流程进展中，双方互赢互利共同创造企业的价值。在整个商务过程中，商业模式贯穿每一个环节，是由企业的内部资源，盈利模式，外部协作模式，支付模式，商家信用等级等部分组成，借助移动网络技术和物联

光学论文

理学院电子科学与技术120131326 刘玉光 浅谈光学概论 【简介】光学已成为为现代科研的重要内容，传统的光学只研究可见光，现代光学已扩展到对全波段电磁波的研究。光是一种电磁波，在物理学中，电磁波由电动力学中的麦克斯韦方程组描述；同时，光具有波粒二象性，需要用量子力学表达。光学将成为今后光学工程学科的重要发展方向。 【英文译文】Optical has become the important contents for the modern scientific research, the traditional optical only research visible light, and modern optical already expanded to whole wavelength electromagnetic wave of research. Light is an electromagnetic wave, in physics, electromagnetic wave by electrodynamics of maxwell's equations describing, At the same time, the light has wave-particle duality, need to use the quantum mechanics expression. Optical will become future optical engineering discipline of important development direction. 【关键词】光学、现代科技、应用、研究、历史、前景 【正文】 一、光学简介 在早期，主要是基于几何光学和波动光学拓宽人的视觉能力，建立了以望远镜、显微镜、照相机、光谱仪和干涉仪等为典型产品的光学仪器工业。这些技术和工业至今仍然发挥着重要作用。本世纪中叶，产生了全息术和以傅里叶光学为基础的光学信息处理的理论和技术。特别是六十年代初第一台激光器的问世，实现了高亮度和高时一空相干度的光源，使光子不仅成为了信息的相干载体而且成为了能量的有效载体，随着激光技，本和光电子技术的崛起，光学工程已发展为光学为主的，并与信息科学、能源科学、材料科学。生命科学、空间科学、精密机械与制造、计算机科学及微电子技术等学科紧密交叉和相互渗透的学科。它包含了许多重要的新兴学科分支，如激光技术、光通信、光存储与记录、光学信息处理、光电显示、全息和三维成像薄膜和集成光学、光电子和光子技术、激光材料处理和加工、弱光与红外热成像技术、光电测量、光纤光学、现代光学和光电子仪器及器件、光学遥感技术以及综合光学工程技术等。这些分支不仅使光学工程产生了质上的跃变，而且推动建立了一个规模迅速扩大的前所未有的现代光学产业和光电子产业。 近些年来，在一些重要的领域，信息载体正在由电磁波段扩展到光波段，从而使现代光学产业的主体集中在光信息获取、传输、处理、记录、存储、显示和传感等的光电信息产业上。这些产业一般具有数字化、集成化和微结构化等技术特征。在传统的光学系统经不断地智能化和自动化，从而仍然能够发挥重要作用的同时，对集传感、处理和执行功能于一体的微光学系统的研究和开拓光子在信息科学中作用的研究，将成为今后光学工程学科的重要发展方向。

数学科学前沿简介

第一讲数学科学前沿简介 第一讲数学科学前沿简介 一、20世纪数学研究的简单回顾 记者：林先生，您好。首先我们非常感谢您在百忙之中抽出时间接受这次访谈，为全国中小学教师介绍有关数学学科前沿的一些基本情况。科学研究跨入了新世纪的门槛，我们看到，各门学科一方面在回顾学科发展历程，另一方面也在展望本学科的发展前景。您从1956年进入中科院正式从事数学研究工作，到现在已经将近半个世纪，在这半个世纪里，您一直奋斗在数学研究的前沿。您能根据您这么多年对数学的研究，回顾一下20世纪数学的发展历程，在这个历程中，数学研究有哪些重大进展和重大成就？ 林群：据您所说的，站在数学内部看，上个世纪的数学必须归结到1900年8月6日，在巴黎召开的第二届国际数学家大会代表会议上，38岁的德国数学家希尔伯特(Hilbert, 1862--1943)所发表的题为《数学问题》的著名讲演。他根据过去特别是十九世纪数学研究的成果和发展趋势，提出了23个最重要的数学问题。这23个问题通称希尔伯特问题。这一演说成为世界数学史发展的里程碑，为20世纪的数学发展揭开了光辉的一页。在这23个问题中，头6个问题与数学基础有关，其他17个问题涉及数论、不定积分、二次型理论、不变式理论、微分方程、变分学等领域。 到了1905年，爱因斯坦创立了狭义相对论（事实上，有两位数学家，庞加莱和洛伦兹也已经走到了相对论的门口），1907年，他发现狭义相对论应用于物理学的其他领域都很成功，唯独不能应用于万有引力问题。为了解决这个矛盾，爱因斯坦转入了广义相对论的研究，并很快确立了“广义相对论”和“等效理论”，但数学上碰到的困难使他多年进展不大。大约在1911年前后，爱因斯坦终于发现了引力场和空间的几何性质有关，是时空弯曲的结果。因此爱因斯坦应用的数学工具是非欧几何。1915年，爱因斯坦终于用黎曼几何的框架，以及张量分析的语言完成了广义相对论。 还有您讲的德国女数学家诺特（Emmy Noether 1882~1935）发表的论文《Idealtheorie in Ringbereiche（环中的理想论）》标志着抽象代数现代化开端。她教会我们用最简单、最经济、最一般的概念和术语去进行思考：如同态、理想、算子环等等。

颠覆未来作战的前沿技术——超材料

超材料是通过在材料关键物理尺寸上的结构有序设计，突破某些表观自然规律的限制，获得超出自然界原有普通物理特性的超常材料的技术。超材料是一个具有重要军事应用价值和广泛应用前景的前沿技术领域，将对未来武器装备发展和作战产生革命性影响。 新型材料颠覆传统理论 尽管超材料的概念出现在2000年前后，但其源头可以追溯到更早。

1967年，苏联科学家维克托·韦谢拉戈提出，如果有一种材料同时具有负的介电常数和负的磁导率，电场矢量、磁场矢量以及波矢之间的关系将不再遵循作为经典电磁学基础的“右手定则”，而呈现出与之相反的“负折射率关系”。 这种物质将颠覆光学世界，使光波看起来如同倒流一般，并且在许多方面表现出有违常理的行为，例如光的负折射、“逆行光波”、反常多普勒效应等。这种设想在当时一经提出，就被科学界认为是“天方夜谭”。 随着传统材料设计思想的局限性日渐暴露，显著提高材料综合性能的难度越来越大，材料高性能化对稀缺资源的依赖程度越来越高，

发展超越常规材料性能极限的材料设计新思路，成为新材料研发的重要任务。 ● 2000年，首个关于负折射率材料的报告问世； ● 2001年，美国加州大学圣迭戈分校的科研人员首次制备出在微波波段同时具有负介电常数和负磁导率的超材料； ● 2002年，美国麻省理工学院研究人员从理论上证实了负折射率材料存在的合理性； ●2003年，由于超材料的研究在世界范围内取得了多项研究成果，被美国《科学》杂志评为当年全球十项重大科技进展之一。 此后，超材料研究在世界范围内取得了多项成果，维克托·韦谢拉戈的众多预测都得到了实验验证。 现有的超材料主要包括：负折射率材料、光子晶体、超磁材料、频率选择表面等。与常规材料相比，超材料主要有3个特征： 一是具有新奇人工结构； 二是具有超常规的物理性质； 三是采用逆向设计思路，能“按需定制”。 负折射率材料具有介电常数与磁导率同时为负值的电磁特性，电磁波在该介质中传播时，电场强度、磁场强度与传播矢量三者遵循负

信息光学简介

信息光学是现代光学前沿阵地的一个重要组成部分。 信息光学采用信息学的研究方法来处理光学问题，采用信息传递的观点来研究光学系统，这之所以成为可能，是由于下述两方面的原因。 首先，物理上可以把一幅光学图象理解为一幅光学信息图。一幅光学图象，是一个两维的光场分布，它可以被看作是两维空间分布序列，信息寓于其中。而信息学处理的电信号可以看作是一个携带着信息的一维时间序列，因此，有可能采用信息学的观点和方法来处理光学系统。 然而，仅仅由于上述原因就把信息学的方法引入光学还是远远不够的。在光学中可以引入信息学方法的另一个重要原因是光学信号通过光学系统的行为及其数学描述与电信号通过信息网络的行为及其数学描述有着极高的相似性。在信息学中，给网络输入一个正弦信号，所得到的输出信号仍是一个正弦波，其频率与输入信号相同，只不过输出波形的幅度和位相（相对于输入信号而言）发生了变化，这个变化与、且仅与输入信号的性质以及网络特点有关。在光学中，一个非相干的光强按正弦分布的物场通过线性光学系统时，所得到的像的光强仍是同一频率的正弦分布，只不过相对于物光而言，像的可见度降低且位相发生了变化，而且这种变化亦由、且仅由物光的特性和光学系统的特点来决定。很显然，光学系统和网络系统有着极强的相似性，其数学描述亦有共同点。正因为如此，信息学的观点和方法才有可能被借鉴到光学中来。 信息学的方法被引入光学以后，在光学领域引起了一场革命，诞生了一些崭新的光学信息的处理方法，如模糊图象的改善，特征的识别，信息的抽取、编码、存贮及含有加、减、乘、除、微分等数学运算作用的数据处理，光学信息的全息记录和重现，用频谱改变的观点来处理相干成像系统中的光信息的评价像的质量等。这些方法给沉寂一时的光学注入了新的活力。 信息光学和网络系统理论的相似是以正弦信息为基础的，而实际的物光分布不一定是正弦分布，因此，在信息光学中自然必须引入傅里叶分析方法。用傅里叶分析法可以把一般光学信息分解成正弦信息，或者把一些正弦信息进行傅里叶叠加。把傅里叶分析法引入光学乃是信息光学的一大特征。在此基础上引入了空间频谱思想来分析光信息，构成了信息光学的基本特色。 信息光学的基本规律仍然没有超出经典波动理论的范围，它仍然以波动光学原理为基础。信息光学主要是在方法上有了进一步的发展，用新的方法来处理原来的光学问题，加深对光学的理解。当然如果这些发展只具有理论的意义，它就不会像现在这样受到人们的重视，它除了可以使人们从更新的高度来分析和综合光现象并获得新的概念之外，还由此产生了许多应用。例如，引入光学传递函数来进行像质评价，全息术的应用等。

机械工程前沿讲座

机械工程前沿 近年来，机械工程学科在各大领域内取得了一系列突破性进展和原创性成果，为繁荣的经济建设提供了大量的理论方法和实践经验，对世界产生了重要的影响。 ， 对 ?前机械工程前沿技术以及机械工程领域的发展现状，综述了其重要进展和成果，并对 国机械工程的发展趋势进行了展望。 机械工程是一门与机械和动力生产有关的工程学科，它以有关的自然科学和技术科学为理论基础，结合生产实践中的技术经验，研究和解决在开发、设计、制造、安装、运用和修理各种机械中的全部理论和实际问题。 机械工程学科包含以下几个方面：机械制造及其自动化机械电子工程、机械设计及理论、车辆工程和仿生技术。机械工程的服务领域广阔而多面，凡是使用机械、工具，以至能源和材料生产的部门，无不需要机械工程的服务。概括说来，现代机械工程有五大服务领域：研制和提供能量转换机械；研制和提供用以生产各种产品的机械；研制和提供从事各种服务的机械；研制和提供家庭和个人生活中应用的机械；研制和提供各种机械武器。 机械的发展经历了从制造简单工具到制造由多个零件、部件组成的现代机械的漫长过程。机械工程以增加生产、提高劳动生产率、提高生产的经济性为目标来研制和发展新的机械产品。随着世界的进步、国家的需求和学科的发展，机械工程科学的发展出现了以下显著特点和趋势：一方面，高技术领域如光电子、微纳系统、航空航 、生物医学、重大工程等的发展，要求机械与制造科学向这些领域提供更多更好的新理论、新方法和新技术，因而出现和发展着微纳制造、仿生及生物制造、微电子制造等制造科学新领域；另一方面，随着机械与制造科学与信息科学、生命科学、材料科学、管理科学、纳米科学技术的交叉，除了推动着机构学、摩擦学、动力学、结构强度学、传动学和设计学的发展外，还产生和发展着仿生机械学、纳米摩擦学、制造信息学、制造管理学等新的交叉科学。在未来的时代，新产品的研制将以降低资源消耗，发展洁净的再生能源，治理、减轻以至消除环境污染作为超经济的目标任务。

物理学院光电信息科学与工程专业(理)

物理学院光电信息科学与工程专业(理) 级本科培养方案 一、培养目标 本专业培养适应社会主义现代化建设需要的，德、智、体、美全面发展的，具有光电信息科学与技术的知识背景和学科交叉能力，具有创新意识和实践能力的复合型拔尖人才。学生具有优秀的道德品质，扎实的专业技能，有成为行业领袖的气质，爱国爱民。 毕业生应具有坚实的自然科学和较好的人文社会科学基础，并熟练掌握一门外语；系统地掌握本专业领域中较宽的科学和技术基础理论；了解光信息科学技术领域的前沿和发展动态；具有创新意识和跟踪掌握该领域新理论、新知识、新技术的能力；掌握文献索引、资料查询的基本方法，熟悉国家信息产业政策及国内外有关知识产权的法律法规，具有一定的科学研究能力。 二、培养规格和要求 本专业基本学制年，授理学学士学位，培养要求如下： 、通过专业基础课以及专业核心课程，打造学生厚实的基础知识体系，使学生一方面获得坚实的数学、物理和光信息科学等基础知识，同时也具备光电子学、光信息学、光电子材料与光通信方向的专业技能。此外，在公共必修课中培养学生较高道德修养、较强的身体素质、较深的文化底蕴，形成正确地世界观、人生观、价值观，使学生做到德才兼备、全面发展。 、通过公共选修课中的通识课程、学科中专业选修课程，拓展学生的科学文化视野，提高人文修养和科学素养，促进学生建立良好的大局观与创新意识，为学生争当某领域领军人物，形成领袖气质奠定良好的基础。 、通过专业实践课、研究型的专业选修课，以及学院提供的国际交流和业余科研课题，强化学生专业技术能力，学术研究能力，全面提升学生知识综合运用能力，培养学生修身齐家意识，树立正确的家国情怀。 三、授予学位与修业年限 按要求完成学业者授予理学学士学位。修业年限：四年。

苏州大学信息光学工程研究所研究情况介绍

苏州大学信息光学工程研究所研究情况介绍 苏州苏大维格光电科技股份有限公司（SVG Optronics）是在苏州大学信息光学工程研究所的基础上组建的企业，是苏州大学的下属企业。即将于2010年10正式登陆创业板。 维格光电科技股份有限公司（SVG Optronics）作为世界上“干涉光刻”、“卷对卷纳米压印”技术的领先者，致力于微纳光学结构制造设备的生产、行业应用以及激光直写光刻技术的研发。产品应用领域包括: 高级印刷包装、微光学应用、Displays、光学防伪、微米与纳米技术、MEMS 以及许多相关领域。 我公司现已发展成为集研发和制造并举的基于干涉光刻、精密图形化直写、微纳结构压印方面的领军型企业。拥有行业最先进的研发条件、生产设施和一流的人才团队。在微纳光学应用做出开创性工作：在定制化镭射薄膜材料、高端光学防伪器件、微纳光学制造设备和激光干涉光刻设备方面，形成规模化制造能力，成为中国具有自主知识产权的创新企业。 我公司的客户包括了全球以微米与纳米技术为研究方向的科技公司，以及在电子、防伪、信息技术和高档印刷包装方面最前沿的企业。 苏州苏大维格光电科技股份有限公司（SVG Optronics）是中国从事微纳光学制造、激光图像与全息包装、微光学薄膜产业化领域的技术领先性公司，也是中国规模最大的“定制化镭射转移材料”研发者和制造商。拥有自主研发的激光干涉制版系统，掩膜制造设备、精密电铸制版系统，精密镭射图形模压，薄膜PMMA 涂层涂布，薄膜真空镀膜（金属化、介质），UV 纳米压印系统和激光转移（复合）纸张的设备。目前，建成的定制化微结构光学薄膜的产能（1500 万平方米/月），通过ISO9001：2000 质量管理体系认证。 产品与业务领域： 1、新型镭射转移材料（膜、纸）规模化与市场推广。 ?定制化镭射薄膜（转移、烫金） ?无缝镭射与光学转移薄膜 ?微纳光学薄膜 2、光学防伪：中国高端安全防伪解决方案提供者。 ?法律证卡系统 ?交通安全系统 ?金融安全系统 3、微纳光学在先进显示与照明：具有表面微纳结构制造设备等完整研发、设计、打样和规模生产。 ?微透镜阵列器件 ?导光薄膜 ?微光学器件 ?LED 照明 4、微纳光学制造装备：自主研发“大型激光制版设备”“高速紫外激光干涉光刻设备”“DMD 并行激光直写系统”“纳米压印设备”拥有行业领先水平的紫外激光光刻/刻蚀设备（自主研发），幅面可达700mmx1000mm。具有检测精密图形微结构的检测条件。 ?图形化制造 ?微纳压印 ?LIGA 维旺科技属于维格光电科技控股的子公司，专注于手机与平板显示关键光学薄膜和材料

机控专业方向前沿讲座报告

机控专业方向前沿讲座心得体会 班级： 姓名： 学号：

为期八周的机控专业方向前沿讲座最终结束了，在这两个月里，前前后后共有8位教授，高级工程师，大型企业的领导亲临我校，为我们机电控制工程专业的同学做机控专业方向前沿的讲座，他们精心准备的PPT，以及专业而认真的讲解，让我对我们学校的专业实力，我国的液压现状及前景，还有国际上的著名液压企业，整个液压工业的情况有了初步的认识和一定程度的了解，在这里，我要对学校给我们提供的这个机会，这个课程，以及在百忙之中抽出时间给我们做讲座的各位教授，高级工程师，企业的领导们表示衷心的感谢。 我从这八次讲座中学到了很多，首先是对我们机电控制工程专业有了一定的认识。机电系统的核心是控制,因此人们常将机电系统称为机电控制系统。当今的机电控制技术是微电子、电力电子、计算机、信息处理、通信、传感检测、过程控制、伺服传动、精密机械及自动控制等多宗技术相互交叉、渗透、融合而成的一种综合性技术。机电控制技术主要解决机电系统的控制问题，研究机电系统工程中控制部分的工程实现方法。 在高殿荣教授的《低速大扭矩海淡水液压马达的研究现状及进展》讲座上，高教授对国内外在高速水压马达,如水压柱塞马达、水压叶片马达,以及在低速大扭矩的径向柱塞多作用内曲线水压马达方面的研究成果进行综述,并对其发展前景进行展望，让我们学到了很多关于这一方面的知识。水压马达是以淡水或海水为工作介质,并能将水压能转换为机械能实现连续回转运动的水压执行元件,水液压传动技术相对于油压传动技术有着许多的优点，在不久的将来必将得到

广泛的应用，甚至取代油压传动。径向活塞低速大扭矩水液压马达是水液压传动系统中的执行元件。从国内外在水液压元件方面的研究现状和取得的成果看，主要的研究都集中在轴向柱塞马达和叶片马达上，这些都属于高速低扭矩马达，这样它们的研究领域就受到了一定的限制，同时变量马达还没有出现，低速大扭矩径向马达在水液压领域也还是个空白。 在赵静一教授的《特种车辆的液压技术进展》讲座上，赵教授为我们细致的分析了国内外液压技术在特种车辆上的应用及技术进展。液压传动与机械传动相比，缓冲好，润滑好，传输压力大，损耗小，可实现各种保护（如压力过高时可卸压），但维修麻烦，成本高。与电力传动相比，不如电力传动灵活，容易污染，但在矿山环境中，电力传动容易出现火花，所以液压传动应用还是较多。 液压传动现在主要应用在以下方面： 1、制动用的，矿上大绞车的制动都是液压的； 2、起重用的，比如工程机械上都是，还有千斤顶； 3、支撑用的，矿上的液压支架和单体支柱； 4、调整方向的，船、飞机都是； 5、调速和缓冲的，机床；但最近几年弱电的发展，取代了很多液压控制。 6、传动作用的，液力耦合器； 在孔祥东教授的《流控技术国际前沿应用及发展》讲座上，孔教授深入的为我们讲解了流控技术在当今时代国际的应用及发展。流控

典型临界腔设计

目录 典型临界腔设计 (2) F-P腔体结构 (2) 一、F-P腔的工作原理 (2) 二、F-P腔的结构 (3) 三、F-P腔的调节 (4) 四、F-P腔在光学实验中的应用 (5) 激光横膜 (9) 一．横模选择的原则。 (9) 二．横模选择的方法 (10) 激光纵膜 (11) 一．纵模选择的意义及原则。 (11) 二．纵模选择的方法。 (11)

典型临界腔设计 F-P 腔体结构 一、F-P 腔的工作原理 F-P 腔（Fabry-perot Cavity ）是一种利用多光束干涉现象来工作的装置。 图1 多光束干涉示意图 如图1,一束光0入射到一上下表面平行的薄膜上,它将产生一系列的反射光束1,2,3,…,和一系列的透射光束1’,2’,3’,… 令r 和t 分别代表光从膜外到膜内的振幅反射率和透射率, r ’和t ’分别代表光从膜内到膜外的振幅反射率和透射率,用A 代表入射光0的振幅。在薄膜2两侧媒质的折射率n1和n2相等的条件下,由光的可逆性原理可得: r=-r 和r2+tt ’=1 (1) 反射光束和透射光束的复振幅表示: '1'22123 3'43''''''''i i i i U U Att U At Ar U A r t U t Atr t r t U Atr t e e e e δδδδ=-??=??=???=?=????=? ? （2） 反射光和透射光的总振幅和光强分别为: 11 j R R R R j T T T j T j U U I U U I U U U U ∞*=*∞ =? =??=? ??=??=?? ∑∑ （3） 式中0R T I I I +=，2 0I A =为入射光强。 计算可得透射光强为 : 22 22 00 224222 (')(1)4sin (/2)12cos (1)(1) 1(1)T T T i i I A tt I r I U U R r r r r R e e δδ δδ*--====-+--+ - （4） 利用（4）式可作出F-P 腔透射特性曲线如图2所示

激光物理学

第一章激光的基本概念 §1.1时间相干性和空间相干性 １．相干时间 ２．相干面积 ３．相干体积 §1.2光波模式和光子状态 １．光波模式 ２．光子及其状态 §1.３光与物质的相互作用 １．光与物质相互作用的三过程(自发辐射受激吸收受激辐射)２．爱因斯坦系数间的关系 ３．光子简并度 ４．激光器与起振条件 第二章腔模理论的一般问题 §2.1变换矩阵 １．变换矩阵的基本性质 ２．变换矩阵各元素的意义 §2.2腔的稳定性问题 １．稳定性条件 ２．等效方法 §2.3腔的本征模式 §2.4腔的损耗 1. 平均单程损耗因子 2．光子在腔内平均寿命 3．无源谐振腔的品质因数Q 4．本征振荡模式带宽 第三章稳定球面腔 §3.1共焦腔的振荡模 §3.2光斑尺寸和等价共焦腔 §3.3衍射损耗及横模选择 §3.4谐振频率，模体积和远场发散角第四章高斯光束 §4.1 厄米高斯光束和拉盖尔高斯光束§4.2 高斯光束的q参数 第五章非稳定腔 §5.1 非稳定腔的谐振模 §5.2 几何放大率和功率损耗率 §5.3 单端输出虚共焦腔的设计 第六章电磁场和物质相互作用 §6.1 线性函数 1. 定义 2.自然加宽和碰撞加宽N 3. 多普勒加宽

4. 综合加宽 §6.2 速率方程组 1.三能级系统 2.四能级系统 第七章增益饱和与光放大 §7.1 发射截面和吸收截面 §7.2 小信号增益系数 §7.3 均匀加宽工作物质的增益饱和 1. 反转集居数的饱和 2. 均匀加宽大信号增益系数 §7.4 非均匀加宽工作物质的增益饱和 1. 加宽大信号增益系数 2. 强光作用下弱光的增益系数 第八章激光振荡理论 §8.1激光器的振荡阈值,阈值反转集居数密度 §8.2连续激光器或长脉冲激光器的阈值泵浦功率§8.3多模激光器 §8.4 频率牵引 第九章激光的半经典理论 §9.1处理方法 §9.2 密度矩阵 1.定义 2.性质 §9.3 集居数运动方程迭代解 1. 静止原子的单模理论 2. 运动原子的单模理论 3. 静止原子的多模理论 4. 环形激光器 5. 塞曼激光器 第十章激光的量子理论 §10.1 辐射场的量子化 §10.2 相干态 §10.3 相干态的几个性质 §10.4 约化密度矩阵 §10.5 原子和辐射场的相干作用 §10.6 主方程 §10.7 振荡阈值和增益饱和 §10.8 光子统计 §10.9 内禀线宽 §10.10 激光场的光强涨落 第十一章相干光学瞬态效应 §11.1 二能级系统和辐射场相互作用 §11.2 相干瞬态光学过程 §11.3 相干双光子过程

半导体研究_探索经典中的前沿

科技日报/2005年/10月/12日/第008版 发现?求索 半导体研究：探索经典中的前沿 访半导体超晶格国家重点实验室 实习生：孙馨记者：刘莉主任：吴晓光 时间：2005年10月9日上午9：00 地点：半导体超晶格国家重点实验室 在物理学界泰斗黄昆院士因病逝世的那一段阴霾的日子里，他一手创建起的中国科学院“半导体超晶格国家重点实验室”的名字也经常出现在报端。 黄先生获得2001年度国家最高科学技术奖，一部分工作也是在这里完成的。至今，这个实验室还是代表着我国半导体基础物理研究的“国家水平”。 带着崇敬和好奇，我们拜访了中国科学院半导体超晶格国家重点实验室主任吴晓光。 记者：不同于其他一些偏向应用领域的实验室，“半导体低维结构”、“超晶格”的字眼听起来很学术。您可以为我们解释一下我们半导体超晶格国家重点实验室的主要研究内容和可能应用的领域吗？ 吴晓光：半导体是大家比较熟悉的一类材料，因其电阻率介于典型的金属和典型的绝缘体之间得名。 半导体出现很早，在上世纪30年代就已经被发现，并且分布非常广泛。最常见的半导体材料是化学元素中的硅和锗，还有化合物半导体，如砷化镓、氧化锌等等。 其实，半导体材料应用是很广泛的。自动化技术的日新月异，电子计算机的更新换代，广播电视的普及与提高，通信事业的迅猛发展……都离不开半导体材料。比如，我们所用的计算机的技术核心是硅芯片，在手机里则用到砷化镓材料。 半导体材料的形态不是单一的，可以根据所需要达到的功能来对材料进行改造；同时也可以通过实验发现发掘出它新的基础性质，以便今后可以有更广阔的运用。我们现在是做最基础的研究探索工作，为将来可能的应用铺垫道路。 记者：我们知道，这个实验室是上世纪80年代，在黄昆院士倡导下创建的。请问，创建时的背景是怎么样的？ 吴晓光：上世纪80年代初，人们认为半导体是一种比较好、有可能你想象它有什么性质就会具有什么性质的材料。就像盐、冰等等都是晶体，他们都是按照周期排列产生出能带。人们于是想，是否可以改变它的能隙结构，而且可以人为控制其导电程度，比如使用温度变化等方式，从而得到具有特殊电学、光学特性的功能材料。在那个时候，黄先生也根据国际学术发展形势明确课题方向，积极倡导并筹建了这个实验室。 到现在，这个构想已经成为现实，用一个比较科学的说法就叫做半导体的“能带工程理论”。可以说，黄先生倡导建立半导体超晶格实验室，开创了我国在材料科学和固体物理学的崭新研究领域。 记者：照您所说，我们实验室做的主要是半导体基础物理领域的研究工作，对于这一点，您能具体介绍一下吗？和其他半导体研究机构、实验室相比，有什么不同？ 吴晓光：半导体科学技术的发展，在最近几年对我们人类生活冲击最大的，一是通信，再就是计算领域。对半导体的研究也主要集中在光电和集成芯片这两个方向。具体而言，我们整个研究所，有相当一部分研究都是做光电，做计算机微电子这部分则由中科院微电子所负责。

量子光学与量子信息讲课教案

量子光学与量子信息

量子光学与量子信息 摘要：量子光学是应用辐射的量子理论研究光辐射的产生、相干统计性质、传输、检测以及光与物质相互作用中的基础物物理问题的一门学科。 关键字：量子光学量子信息 JC模型 TC模型 早在1900和1905年,普朗克和爱因斯坦就提出了光量子假说,并成功解释了黑体辐射谱分布与光电效应,确定了光具有波粒二象性的基本物理思想。然而,长期以来由于经典电磁辐射理论能完满地解释绝大多数物理光学实验现象,光的量子理论并未得到系统发展。直到2O世纪7O年代以后,随着激光与光电子技术的进步,一系列用经典理论无法解释的非经典光学效应逐步被实验观测,才形成了以量子化光场为基础的量子光学学科领域。 光量子或称光子为基本能量单元的量子化光场遵循量子电动力学基本规律,严格地说只有用QED理论,才能解释迄今为止所观察到的所有光学现象。量子光学用量子电动力学理论研究光场的量子性和相干性,以及光与原子相互作用的量子力学效应。当前,量子光学中应用性较强的重要研究领域有:光场的量子噪声,光场与物质相互作用中的动量传递、腔量子电动力学等。 在光学与原子物理这门课程的学习中，我们了解到了量子化这个概念。那么，量子光学在科技实验研究中有哪些应用呢？ 首先，量子光学的原理和理论基础为： 热辐射基尔霍夫定律 一．热辐射

1．热辐射：在一定时间内辐射能量的多少及能量按波长的分布都与物体的温度有关，故称电磁辐射为热辐射（温度辐射）； 辐射能(λ,T )，如炉子,酒精灯… 2．平衡热辐射：相同时间内辐射与吸收的能量相等，T 不变 二． 辐出度(辐射出射度,发射本领) 1． 单色辐出度：单位时间内从物体表面单位面积上向各个方向所发射的波长在λλλd ~+范围内辐射能量)T (dE λ和波长间隔λd 的比值 λ λλd )T (dE )T (e = 2． 辐出度：单位时间内从物体表面单位面积上向各个方向所发射的各种波长的辐射总能量。 λλd )T ,(e )T (E ?∞ =0 三． 吸收比、反射比 1． 吸收比：J B )T (a = 单色吸收比：) T ,(J )T ,(B )T ,(a λλλ= 2． 反射比：J R )T (=ρ 单色反射比：) T ,(J )T ,(R )T ,(λλλρ= 不透明物体：1=+)T ,()T ,(a λρλ 四． 绝对黑体（黑体） 1． 定义：1=)T ,(a λ的物体