激光

激光装配延时摄影

Yan — Mon, 27 Oct 2008 09:48:09 -0700

Assembly of the OMEGA EP at the Univ. of Rochester's Laboratory for Laser Energetics. The laser is capable of producing pulses of light in excess of 1 Petawatt (10^15 watts) for laser fusion research.

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192 Lasers, Nuclear Weapons and Fusion Power

Yan — Sun, 12 Oct 2008 14:03:12 -0700

The National Ignition Facility at Lawrence Livermore National Laboratory was built by the Department of Energy to gather data on the thermonuclear reactions that occur inside atomic weapons. And as an excellent side bonus, NIF (rhymes with stiff) could unlock the secret of harnessing fusion for unlimited, clean electricity.

激光干涉空间天线（LISA）介绍视频

Yan — Wed, 06 Aug 2008 14:02:25 -0700

激光干涉空间天线（LISA）是空间版本的激光干涉引力波天文台（LIGO），因为都用激光，所以我对他们都挺感兴趣的。

［以下文字介绍引自 WikiPedia］

激光干涉空间天线（Laser Interferometer Space Antenna，LISA）是一个由美国国家航空航天局（NASA）和欧洲航天局（ESA）合作的引力波探测计划，目前仍在设计阶段，计划于2015年投入运行，这将是人类第一座太空中的引力波天文台。LISA也是美国国家航空航天局的“超越爱因斯坦”（Beyond Eistein）项目的一部分。“超越爱因斯坦”是一组实验上验证爱因斯坦广义相对论理论的计划，其中包含两个空间天文台（HTXS——X射线天文台和LISA）和数个以宇宙学相关观测为目的的探测器。LISA将利用激光干涉的方法精确测量信号相位，从而对于来自宇宙间遥远的引力波源的低频且微弱的引力波进行探测。这将对引力波天文学的理论和实验研究，广义相对论的一些实验观测以及早期宇宙的天体物理学和宇宙学研究有重要意义。
⋯⋯
LISA由三个相同的航天器构成为一个边长为五百万千米的等边三角形，即每两个航天器之间的夹角为60°。LISA将采用的是与地球相同的日心轨道，并且LISA与太阳的连线，和地球与太阳的连线之间的夹角为20°，这种设计是为了尽可能减少地球引力造成的影响。在每一个航天器上都有两个完全相同的光学台，包含有激光光源、光学分束器、光检测器、光学镜组等组成干涉仪的光学器件，以及一系列进行数字信号处理的电子器件。由于每两个航天器之间的夹角为60°，每个航天器上的每一个光学台都会和相邻的航天器上的光学台发生干涉，激光走完这段航天器间隔的距离需要约16秒。在每个干涉仪的后面安置有一个作为“测试质量”的合金立方体（75%金和25%铂），其中一个表面被打磨成光滑的平面镜用来反射激光。理论上如果有引力波扫过测试质量，其位置的微小改变会引起干涉信号，即激光相位的改变，从这种相位变化即可推导出观测到的引力波的存在。在实际设计中，这种测量精度要求测试质量所处的环境高度稳定，其位置能够不受到外界光压和太阳风粒子的影响；并且LISA的干涉测量系统也要高度灵敏，使得真正需要的引力波信号不至于淹没在激光频率噪声等干扰的海洋中。除此之外，LISA还需要解决如何应对航天器运行对激光频率造成的多普勒效应的影响，激光长距离传输的损耗问题，等等。LISA在实际运行中将达到能够在五百万千米的长度上探测到10皮米（1皮米等于米）量级的长度变化。

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激光干涉引力波天文台介绍视频（LIGO）

Yan — Wed, 06 Aug 2008 13:53:37 -0700

［文字介绍引自 WikiPedia］

激光干涉引力波天文台（Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory，缩写为LIGO）是美国分别在路易斯安那州的列文斯顿和华盛顿州的汉福德建造的两个引力波探测器。

探测器采用迈克尔逊干涉仪和法布里-珀罗干涉仪的原理，主要部分是两个互相垂直的长臂，每个臂长4000米，臂的末端悬挂着反射镜。管道采用不锈钢制成，直径1.2米，内部真空度为大气压。大功率的激光束在臂中来回反射大约50次，使等效臂长大大增加，形成干涉条纹。引力波会造成光程差发生变化，导致干涉条纹发生移动。

引力波是爱因斯坦的广义相对论预言的一种时空波动，激光干涉引力波天文台设计目标是检测密近双星、超新星爆发、致密星的合并、宇宙弦等天体物理过程中产生的引力波。20世纪60年代美国科学家约瑟夫·韦伯建造了铝制的棒状引力波探测器，试图用谐振原理探测引力波，后来世界各国又陆续建造了一些棒状探测器，但是效果并不理想。1970年代，加州理工学院的莱纳·魏斯等人意识到用激光干涉方法探测引力波的可能性，但是引力波的探测要求仪器的灵敏度达到能够检测长度到为量级的变化，也就是1000米的长度上变化米，相当于质子尺度的千分之一，对技术的要求极其苛刻。20世纪90年代，如此高灵敏度所需的技术条件逐渐成熟。1991年，麻省理工学院与加州理工学院在美国国家科学基金会的资助下，开始联合建设激光干涉引力波天文台。为了降低地震对系统带来的干扰，光学装置安装在结构复杂的防振台上，为降低空气分子热运动的影响，光路中抽成大气压的真空。此外还要在路易斯安那州和华盛顿州建造两个相同的探测器，彼此相距3000公里。只有两个探测器同时检测到的信息才有可能是引力波的信号。

激光干涉引力波天文台于1999年11月建成，耗资3.65亿美元。2005年，激光干涉引力波天文台开始进行改造，包括采用更高功率的激光器、进一步减少振动等。改造之后的探测器灵敏度将提高1个数量级，称为先进激光干涉引力波天文台（Advanced LIGO）。

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一位科学家的奇遇

Yan — Sun, 01 Jun 2008 14:22:47 -0700

因发明激光获得诺贝尔奖的伯克利教授 Charles Townes 讲述他作为科学家的经历。

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激光导引星视频

Yan — Sat, 24 May 2008 15:27:43 -0700

一个关于激光导引星的新闻视频，比较火星了。但里面有激光导引星原理的介绍，还是有些观看价值的。

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费曼：光子

Yan — Sat, 24 May 2008 15:14:20 -0700

The Douglas Robb Memorial Lectures: Part 1: Photons, Corpuscles of Light

A gentle lead-in to the subject, Feynman starts by discussing photons and their properties. A set of four priceless archival recordings from the University of Auckland (New Zealand) of the outstanding Nobel prize-winning physicist Richard Feynman - arguably the greatest science lecturer ever. Although the recording is of modest technical quality the exceptional personal style and unique delivery shine through. Feynman gives us not just a lesson in basic physics but also a deep insight into the scientific mind of a 20th century genius analyzing the approach of the 17th century genius Newton. For the young scientist, brought up in this age of hi-tech PC / Power Point-based presentations, we also get an object lesson in how to give a lecture with nothing other than a piece of chalk and a blackboard. Furthermore we are shown how to respond with wit and panache to the technical mishaps that are part-and-parcel of the lecturer's life.

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激光纪念日

Yan — Fri, 16 May 2008 01:00:06 -0700

大家注意到没，今天英文 Google 的 logo 为：

这是为了纪念 1960年5月16日，美国加利福尼亚州休斯实验室的科学家梅曼制作成功第一台激光器。那是一台灯泵红宝石激光器，波长 694 nm，脉冲运转。Wikipedia

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激光在雷雨云中触发电活动

Yan — Mon, 14 Apr 2008 14:22:37 -0700

欧洲有个 Teramobile project，研究人员把一台飞秒太瓦级激光器安装在一集装箱里，运来运去，往天空中东打西打（避开飞机），做大气研究。其中一个目标是激光触发闪电。

激光触发闪电的想法很简单，就是用高强度激光束在大气中形成（plasma filaments）等离子体线柱，就像导线伸入云层。和富兰克林的闪电实验中的风筝线同样道理。

不久前，他们在新墨西哥的实验，成功触发了雷雨云放电。但还没能实现大的闪电，因为激光打出来的等离子体线柱存在的时间还是太短。

link: Laser triggers electrical activity in thunderstorm for the first time

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Populaser

Yan — Tue, 26 Jun 2007 13:09:24 -0700

Populaser 是一个关于激光的科普 flash，非常酷。包含一些激光的基础知识，甚至还有一个激光游戏。制作者是俄罗斯一个叫 GRTOV studio 的公司。

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激光先驱梅曼去世

Yan — Thu, 10 May 2007 03:49:29 -0700

造了第一台激光器的梅曼（Theodore Maiman）于5月5日去世，享年 79 岁。

1960 年，梅曼用闪光灯照射一个手指头大小的红宝石晶体，成功地产生了相干脉冲光。他把结果投到 PRL，但是当时的编辑 Sam Goudsmit 把它给拒了，认为它只是又一篇 maser 的文章而已。结果，当时在贝尔实验室的汤斯（Charles W. Townes）等人很快也做了红宝石激光器，并很快把结果发在了 PRL 上。这样子，汤斯等人成了激光的发明者，后来得了诺贝尔奖。：）当然，经过多年的努力争取之后，梅曼的成就已经得到广泛承认。

更多可以参看 PhysicsWeb 上的纪念文章。

下面这个图难道就是当时他做的红宝石激光器？当时的激光 goggle 也挺酷的。

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简介Sympathetic cooling of complex molecules

miles — Fri, 05 Jan 2007 02:16:03 -0800

Physical Review Letters 在06年12月15号刊发了我们小组的一篇关于采用sympathetic cooling方法冷却Alexa Fluor分子低于100mK的文章(Phys. Rev. Lett. 97, 243005)，并且被Physical Review Focus选中http://focus.aps.org/story/v18/st20。我在这里做一个简介。

分子冷却是量子光学里一个重要分支，冷却的分子有助于我们研究低温下的分子与分子，分子与原子及与其他的相互作用，尤其是低温下精确的分子光谱有助于研究分子结构与化学过程。利用激光冷却的方法，并辅以其他技术，原子可以轻松突破多普勒限制被冷却至uK甚至nK量级。但是，分子不像原子那么容易被冷却。由于振动和转动能级的存在，激光冷却的方法几乎不可行，尤其是对大分子。现在有很多小组利用光缔合冷却的原子来产生冷却的分子（低于4个原子的分子），对极性分子进行Stark减速并筛选出冷分子, 利用buffer gas，或者superfluid droplets来冷却，这些分子还是限制于简单，特定的分子。我们真正需要大量研究的是大分子，比如蛋白质或其他的生物分子。

我们现在做的是利用激光来冷却电离的原子，再利用冷却的离子通过长程库伦力来冷却带同种电荷的大分子（sympathetic cooling）。大分子通常不稳定，电子轰击或者光电离的方法来电离它，通常得到的是分子碎片。我们利用了现在成熟的质谱技术中的电喷雾软电离的方法来得到离子化的大分子。我们利用这种sympathetic cooling 技术成功的把分子量为410的Alexa Fluor @350 分子冷却到低于100mK的温度。理论上讲任何分子都可以通过这种方法被冷却。实验中，分子和被激光冷却的离子挨的越近越容易被冷却，但是分子量越大，离得越远。这种情况下我们可以给分子带两个或更多的电荷使他们挨的近，这是我们接下来要做的。当前我们正在尝试另一种大分子叫甘草次酸，一种中药成份，分子量为471。

低温下各个离子团的参数（如温度，粒子数）是没法测量的，实验中我们只能得到被激光冷却离子的ＣＣＤ图像，通过分子动力学模拟(molecular dynamics simulation)的方法模拟这些ＣＣＤ图像我们可以相对准确得到被激光冷却离子团的参数，但是模拟的大分子团簇的准确性不是那么太高，只能给出个范围。

附件是模拟的图像（端视图），绿的是大分子，蓝的是激光冷却的Ｂａ离子，红的是Ba离子的同位素

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激光可能能生成暗物质粒子

Yan — Thu, 27 Jul 2006 10:12:30 -0700

PhysicsWeb上这条新闻说，今年年底，德国 DESY 实验室的物理学家有可能能瞥见一下一种名叫 axion 的暗物质粒子。Andreas Ringwald 和合作者准备用他们的自由电子激光器做一个实验，他们让激光穿过有磁场存在的真空，尝试生成 axion 粒子。这个实验设想是建立在不久前一个实验结果的基础上的，在那个实验里，研究者观测到了真空中磁场下光偏振方向的旋转。据说这个结果不能用标准的量子理论来解释，所以一些科学家假设，在那个实验中，一部分光子被转变成了像 axion 那样的粒子。

题外话：最近更新有点少了，抱歉。如果有人愿意参与我们，请联系我们，万分感谢。

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那时候，你还被允许在实验室里抽烟

Yan — Mon, 10 Jul 2006 16:03:10 -0700

虽然不算激光研究的先驱，在普通公众间也没什么名气，但对我们这些后生后学，A.E. Siegman 教授却是鼎鼎大名，令人景仰。他的书《Lasers》，虽然出版于1986年，但可能依旧是最好的激光物理教科书。

无意中看到他在 CLEO 2004 会议上这个 Plenary Talk：Masers and Lasers: Looking back over 50 years。讲述激光发明的历史，读起来非常有趣，想象如果能在现场倾听，那将是多棒的经历啊。

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真空中光子与光子的相互作用

Yan — Thu, 30 Mar 2006 21:57:22 -0800

这个月 PRL 上出现好几篇有关真空中光子与光子相互作用的文章。如果真空真的什么也没有，因为麦克斯韦尔方程是线性的，两束光交叉不会有任何作用。

其中一篇文章说，观测到真空中磁场下光偏振方向的旋转。按照文章中所说，这样的理论预言早就有，这个实验来自一个合作项目PVLAS，该项目就是为了研究真空的磁致双折射的。这个结果如果是真的，那将影响深远。可不是呢，这是我见过的第一篇超过4页的PRL文章。：）同一期 PRL上，还有一篇文章提出了一个使用X射线激光的实验，可以独立测试这个结果。

另外一篇文章探讨了使用高功率激光器在真空中实现四波混频的可能性。像这种光学过程一般发生在非线性介质中。文章的摘要中，把真空说成非线性量子真空。

真空中到底有什么，我就不懂了。不知道有没有人能解释一下？

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荣海生

Yan — Fri, 20 Jan 2006 10:00:06 -0800

2005 年激光领域最大的突破是硅激光，英特尔在年初首先报道了连续波全硅拉曼激光器，作者是 Haisheng Rong。今天才注意到的他获得了Scientific American 50 的Research Leader 奖，更重要的是他也是南开毕业的。

荣海生于南开大学物理系获得学士与硕士学位，德国海德堡大学激光光谱博士学位。1996年加入麻省理工与加州理工学院合作的项目“激光干涉仪”做研究。2000年到硅谷在New Focus做光通讯研究。2002年加入英特尔的硅光研究团队。

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硅激光

Yan — Tue, 22 Nov 2005 11:28:14 -0800

这两天广泛流传的一条新闻是，美国布朗大学的三位研究人员首次实现了Silicon Laser，硅激光。因为晶体结构的问题，纯硅发光都很困难。但是因为硅应用广泛，从计算机到光通讯，而且事实上取之不尽，如果能出激光，那将是非常理想的。人们以各种方式来改变硅材料的性质，比如有人研究多孔硅，而布朗大学的研究人员在硅片上“钻”很多规则分布的纳米尺度小孔。因为不能在线看《自然》杂志，我还没有看到他们的文章。我猜测他们的方法是两个主意的结合：1、小孔表面的晶体结构改变，这和多孔硅的思路是一样的；2、规则小孔排列意味着光子晶体结构，光可以在特定波段顺利通过材料，而不像多孔硅一样完全被散射，激光估计是在导带边缘产生的。概括来说，他们在同时做电子能带与光子能带的文章。

布朗大学自己的新闻稿:The Impossible Is Possible: Laser Light from Silicon

大约半年前 Intel 报导过首次全硅连续波拉曼激光器，激光机理不同。

可能值得注意的一点是，这两次突破都有中国人在里面起关键作用。

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