激光物理先驱Marlan Scully:激光的出现开拓了整个光学领域

激光物理先驱Marlan Scully:激光的出现开拓了整个光学领域
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MarlanScully教授图片来自TEXASA&MUNIVERSITY官网
美国得克萨斯A&M大学和普林斯顿大学的MarlanScully教授 , 是量子光学领域的先驱科学家 。 在激光物理和量子光学领域 , 他作出了多项突破性发现 , 包括:与WillisLamb合作提出了激光的量子理论(Scully-Lamb量子理论) , 实现了无粒子数反转激光的首次实验演示 , 首次成功在热原子气体中产生超慢光 , 以及利用量子相干性实时检测炭疽病毒等 。 MarlanScully教授科研兴趣浓厚广泛 , 著作等身 , 他合作编写了量子光学的经典教科书QuantumOptics和LaserPhysics 。 除了过人的科学造诣 , 他还是活跃的领导者 , 例如每年在犹他州盐湖城Snowbird举行的WinterColloquiumonthePhysicsofQuantumElectronics(简称PQE) , 他从创始初期就负责领导 , 吸引着来自世界各地、各个领域的物理学家 。
——PhotonicsResearch主编杨兰
MarlanScully是美国科学院院士、美国艺术与科学院院士、欧洲科学院院士 , 俄罗斯科学院院士以及马克斯·普朗克学会会士;曾获中科院“爱因斯坦教授”称号 。 因其杰出工作 , 他荣获了许多重要奖项 , 包括APSSchawlow奖、OSATownes奖、IEEEQuantumElectronics奖、富兰克林学会ElliottCresson奖章、OSALomb奖和OSADPGHerbertWalther奖等 。
近期 , MarlanScully教授接受了PhotonicsResearch主编杨兰教授的专访 , 畅谈他与量子光学科研事业的缘起、回顾他的几项重要研究进展、探讨当今年轻科研工作者的发展方向 。
(经典量子光学教材QuantumOptics图片来自谷歌图片)
杨兰:您从事量子光学研究已有几十年 , 您最初为什么会选择这一领域?
MarlanScully:我在怀俄明大学获得量子力学专业的学士学位后 , 便到耶鲁大学开始研究生阶段的学习 , 从事低温物理方面的工作 。 而著名物理学家WillisLamb当时也在耶鲁 , 正是他发现了兰姆移位 , 并将量子电动力学发展成一个兼具理论与实验的研究领域 。 我非常幸运地为WillisLamb所教授的量子力学课程批改作业 。
激光物理先驱Marlan Scully:激光的出现开拓了整个光学领域】后来 , 我慢慢意识到低温物理并不是一门容易的学科 。 幸运的是 , 那时激光研究逐渐兴起 , Lamb在耶鲁大学研究激光 , 当时他建议我一起研究激光的基本原理 , 研究激光密度矩阵如何从阈值下过渡到阈值上 。 他说朱利安·施温格曾经就研究过这一问题 , 但是没有得到满意的结论 。 其实我当时不太愿意 , 但他坚持建议我尝试一下 , 表示这个课题足够一篇毕业论文了 。 自那之后 , 我便进入了这一领域 , 现在看来 , 我非常幸运遇到了WillisLamb , 并且有这样一个有趣的问题 。 这就是我进入量子光学领域的原因:好运 , 以及优秀的共事者 。
激光物理先驱Marlan Scully:激光的出现开拓了整个光学领域
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杨兰:在您看来 , 量子光学发展史上最重要的发现或突破是什么呢?
MarlanScully:量子光学对人类日常生活最重要的影响应该是激光的发现 , 它给人类带来了巨大的益处 。 1960年我还在求学 , 那时尽管光学领域出现了许多小而有趣的方向 , 比如法布里-珀罗腔、光谱学等 , 但总体来说光学并非是热门领域 。 直到激光出现之后 , 各种光谱学研究才成为了可能 。 例如拉曼光谱学 , 这是一个伟大的理论 , 在量子力学诞生之前 , 在1924年由理论物理学家Smekal提出的 。 该理论是指当入射光被振动的分子散射时 , 会产生频率稍低的散射光 , 这种出射光的频率下移被称为“斯托克斯散射” 。 当拉曼首次进行实验时 , 他使用的是阳光 , 而100亿个光子中只有1个能产生拉曼位移 , 数量太少了;但是如果使用激光 , 将会得到较强的信号 。