第二章 物理学
第三节 光学、激光
一、光学研究 〔压缩态和非经典光场研究〕 非经典光场具有纯属于光场量子性的非经典效应，有着重要的应用前景。中国科技大学郭光灿等找到一种判据非经典光场的方法，证明光场的高阶压缩和振幅平方压缩是新的非经典效应；揭示出奇相干态具有反聚束效应而无压缩，而偶相干态则有压缩性而无反聚束；并最先提出并导出光子消灭算符高次幂的本征态，详细地研究了压缩态光场的统计特性；他还提出两种产生光子压缩态的新方案，研究了压缩态光场与原子的相互作用等。 〔ASE动力学的实验和理论研究〕 放大自发辐射激光（ASE）是一种无腔激光器。郭光灿等在实验中研究了形成ASE的阈值长度，首次观察到自终止效应引起的某些实验现象，并作了理论分析，澄清了学术界关于ASE和超辐射在概念上的混淆。 〔光泵三能级激光的全量子理论〕 双原子激光器是具有特殊用途的重要激光器，以往的理论仅限于半经典理论，无法研究激光的线宽和量子统计特性，而前人的量子理论仅适用于非相干泵浦场合。郭光灿等采用朗之万量子理论得出一个普适的激光VandePol运动方程，它既包括非相干和相干泵浦，又包括强泵浦和弱泵浦的不同场合，提示出该体系激光场的许多新特性。 〔气体Cerenkov辐射的量子理论〕 长期以来，人们对Cerenkov辐射的研究大都局限于液体和固体，近年来全国学者在经典理论研究中预言了气体Cerenkov辐射的特征，并在实验中证实了这类辐射。郭光灿等采用量子理论的一级微扰论，建立了气体介质中Cerenkov辐射的量子理论，获得这类辐射的若干新特性，与有关的实验结果吻合。 〔相位复共轭光学研究〕 中国科学院安徽光学精密机械研究所等单位吴存恺等完成的“相位复共轭光学研究”，是70年代出现的强光光学效应研究，以找寻能够产生相位复共轭波的具体方法，解相干光通过扰动介质传输过程中出现的相位歧变问题。利用该技术可以实现高精度打靶、象差的自动校正、实时全息显示等。该研究不仅有一定的学术价值，而且在激光技术上具有重大的实用价值。其研究水平在国际上处于领先地位。 二、光栅与氮分子激光 〔全息双频光栅及剪切干涉技术〕 中国科技大学谢建平对全息双频光栅进行了系统的应用基础研究，提出了由透镜的剪切干涉图直接获得几何象差的分析方法，精度稍优于传统的哈德曼法。他还给出测量光场相干性的技术途径，首次测量了细激光束的相干性，提出了一种新型的双曲线簇双曝光全息图。研究工作采用降温中的双曝光全息术和控制干板线性工作区方法，成功地获得高质量的全息图，用于文物无损检测，检测出文物的裂纹、修补区等缺陷，在文物保护中有重要价值。 〔氮分子激光研究〕 氮分子激光是一种高功率、高重复率的紫外气体激光，用途广泛。中国科技大学郭光灿、李志超等1974年研制成功国内最早的氮分子激光器，并在医疗、农业育种等方面进行了应用研究。尤其是研制成功氮分子激光泵浦的可调谐染料激光器，属当时国内先进水平。 安徽师范大学陆同兴等从1978年开始进行大气压氮分子激光器研究，1984年研制成小型大气压氮分子激光器，它体积小，重量轻，光脉冲宽度小于1纳秒，脉冲功率达100千瓦，在物理、化学、生物等领域进行激光激发荧光等研究中具有应用价值。他们成功地用于改变密立根油滴的荷电量，用于泵浦短腔染料激光器获得超短脉冲。 〔红宝石激光散射仪〕 1979～1984年，中国科学院等离子体物理研究所方自琛等研制成的“红宝石激光散射仪”，是利用汤姆逊散射原理来测量电子热运动特性，专门用于实时测量聚变装置中等离子体电子温度。该仪器由红宝石激光器、光栅谱仪、精密光路、高灵敏快速电子线路等部分组成。在托卡马克装置上由于散射讯号只有入射信号的10－15倍，因此对仪器的光学、电子学性能提出了苛刻要求。其技术关键是要消除比信号强得多的杂散光及电干扰，才能测出所需要的微弱信号。该仪器已使信噪比达到1∶1，能测量托卡马克装置中电子密度较低时的电子温度。 三、空间散斑场的运动规律 激光照射物体表面时，在物体表面前的空间中形成随机分布的散斑场，其运动规律是激光散斑干涉计量的基础。中国科技大学伍小平等从基本的费涅尔－基尔霍夫积分出发，导出3个关于散斑场变化必须遵循的基本法则，从而再推导出散斑运动与物体表面运动之间的一套解析关系式，从而澄清了国际上在散斑干涉计量中，对散斑运动的混乱看法。研究中获得了一些新的测试方法，如应用散斑线纹图测振，白光散斑应用于大物体的测量，工程受力部件的应变分析，以及对显微散斑、夹层散斑等技术研究。 经中国力学学会实验力学学术委员会审查评定：该项研究成果使散斑干涉法具有更加可靠的理论和实验基础，达到了国际先进水平。 “光学、激光”重要论文简表 表2－2－2   |
