诺贝尔奖与光学激光光谱
近百年光谱界诺贝尔奖得主

1964-英国科学家霍奇金因用X射线方法研究青霉素和维生素B12等的分子结构获诺贝尔化学奖
1982-英国科学家克卢格因以晶体电子显微镜和X射线衍射技术研究核酸蛋白复合体获诺贝尔化学奖。
1985-美国科学家豪普特曼、卡尔勒因发展了直接测ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ晶体结构的方法而共同获得诺贝尔化学奖。
2005年:罗伊·格劳伯(美国)表彰他对光学相干的量子理论的贡献;约翰·霍尔(John L. Hall,美国)和特奥多尔·亨施(德国)表彰他们对基于激光的精密光谱学发展作出的贡献。
1907年:阿尔伯特·亚伯拉罕·迈克尔逊 1852~1931(美国)发明光学干涉仪并使用其进行光谱学和基本度量学研究
1924年:西格巴恩(瑞典)发现X射线中的光谱线
1944年:拉比(美国)发明核磁共振法
1952年:布洛赫、珀塞尔(美国)从事物质核磁共振现象的研究并创立原子核磁力测量法
1981年:西格巴恩(瑞典)开发高分辨率测量仪器以及对光电子和轻元素的定量分析;布洛姆伯根(美国)非线性光学和激光光谱学的开创性工作;肖洛(美国)发明高分辨率的激光光谱仪
1991-瑞士科学家恩斯特因对核磁共振光谱高分辩方法发展作出重大贡献获诺贝尔化学奖。
1999-美籍埃及科学家艾哈迈德-泽维尔因将毫微微秒光谱学应用于化学反应的转变状态研究获得诺贝尔化学奖。
1.1901年:威尔姆·康拉德·伦琴 1845~1923(德国)发现X射线
1905年:伦纳德 1862~1947(德国)关于阴极射线的研究
1981年诺贝尔物理学奖----激光光谱学与电子能谱学肖洛

1981年诺贝尔物理学奖----激光光谱学与电子能谱学布隆姆贝根(Nicolaas Bloembergen,1920-- )肖洛 (Arthur L.Schawlow,1921-- )凯.西格班 (Kai M.Siegbahn,1918-- )1981年诺贝尔物理学奖的一半授予马萨诸塞州坎伯利基哈福大学的布隆姆贝根和美国加利福尼亚州斯坦福大学的肖洛,以表彰他们在发展激光光谱学所作的贡献;另一半授予瑞典乌普沙拉(Uppsala)大学的凯.西格班,以表彰他在高分辨率电子能谱学所作的贡献。
布隆姆贝根的主要工作是在激光光谱学、非线性光学、核磁共振以及电子顺磁共振等领域。
他的科学成就式多方面的。
特别是,他对激光光谱学的发展是从一条独特的道路上做出的。
1982年诺贝尔物理学奖----相变理论K.威尔逊(Kenneth G.Wilson,1936-- )1982年年诺贝尔物理学奖授予美国纽约州伊萨卡康奈尔大学的K.威尔逊,以表彰他对与相变有关的临界现象所作的理论贡献。
在日常生活中,也可从经典物理学中,我们知道,物质可以存在于不同的相中。
我们知道,如果改变压强或温度之类的参数,就会发生从某一到另一项的转变。
只要足够的加热,液体就会变成气体,也就是从液相变成气相。
金属达到一定的温度会失去磁性。
这些只是几个关于相变的大家熟悉的简单例子。
1983年诺贝尔物理学奖----天体物理学的成就钱德拉赛卡尔(Subrahmanyan Chandrasekhar,1910-1995)W.A.福勒(William Alfred Fowler,1911-1995)1983年诺贝尔物理学奖一半授予美国伊利诺斯州芝加哥大学的钱德拉赛卡尔,以表彰他对恒星结构和演变有重要意义的物理过程的理论研究;另一半授予加利福尼亚州帕萨迪那加州理工学院的W.A.福勒,以表彰他对宇宙中化学元素的形成有重要意义的核反应的理论和实验研究。
钱德拉赛卡尔是另一诺贝尔物理学奖获得者拉曼(Sir Chandrasekhara Venkata Raman)的外甥,1910年10月19日出生于巴基斯坦的拉哈尔,1930年毕业于印度马德拉斯大学,后在英国剑桥大学学习和任教。
诺贝尔物理学奖(1901至2014)光电hw

1926
时间
获奖者
国籍
研究成果
美 1927 康普顿 (pton )
查尔斯•威尔孙 (C.T.R.Wilson) 英
1923年发现光子与 自由电子的非弹性 散射作用,即康普顿 效应
发明一种观测带电 粒子径迹的方法─ 威尔孙云室
15
时间
获奖者
国籍 英
研究成果 热电子现象方面的 工作,发现里查孙定 律 1925年提出电子的 波动性
23
时间
获奖者
国籍 英
研究成果 发展威尔孙云室,在粒 子和宇宙线方面贡献
1948 布莱克 (P.M.Blackett)
1949 汤川秀树 (H.Yukawa)
日
从核力理论基础上预 言介子的存在
24
时间
获奖者
国籍 英 英 英
研究成果 发展核乳胶方法,发 现π介子 用人工加速粒子进行 核蜕变工作
1950 鲍威尔 (C.F.Powell)
纪尧姆 法 (C.E.Guillaum e) 德 1921 爱因斯坦 (A.Einstein)
12
时间
获奖者
国籍 丹
研究成果 研究原子结构和原 子辐射,1913提出氢 原子模型 基本电荷和光电效 应方面的工作,1909 年油滴实验
1922 尼尔斯•玻尔 (N.Bohr) 密立根 (likan)
英 美
44
时间
获奖者
国籍 美 美 苏
研究成果 发现宇宙微波背景 辐射 同上 低温物理方面的发 明和发现
1978 彭齐亚斯 (A.A.Penzias) 罗伯特•威尔孙 (R.W.Wilson) 卡皮查 (P.L.Kapitza)
45
时间
获奖者
【历届诺贝尔奖得主(七)】1981年物理学奖,化学奖和生理学或医学奖

1981年12月10日第八十一届诺贝尔奖颁发。
物理学奖瑞典科学家西格班因发明用于化学分析的电子能谱术、美国科学家布洛姆伯根、肖洛因在光谱术中应用激光器而共同获得诺贝尔物理学奖。
布洛姆伯根荷裔美籍物理学家。
他和美国的肖洛(ArthurLeonardSchawlow)及瑞典的西格班(KaiManneBorjeSiegbahn)一起,因革新了研究电磁辐射与物质相互作用的光谱学方法,共获1981年诺贝尔物理学奖。
其中布洛姆伯根和肖洛因研究那些不用雷射就无法探测的现象共获奖金的一半。
布洛姆伯根Bloembergen,Nicolaas(1920.3.11,尼德兰多德雷赫特)荷裔美籍物理学家。
他和美国的肖洛(ArthurLeonardSchawlow)及瑞典的西格班(KaiManneBorjeSiegbahn)一起,因革新了研究电磁辐射与物质相互作用的光谱学方法,共获1981年诺贝尔物理学奖。
其中布洛姆伯根和肖洛因研究那些不用雷射就无法探测的现象共获奖金的一半。
他从乌得勒支(Utrecht)大学获学士学位和硕士学位。
1946年接受哈佛大学的一个研究职位,攻读博士学位。
1948年在莱顿(Leiden)大学获博士学位。
1951年重返哈佛大学,任副教授,1980年成为杰哈德·加迪(GerhardGade)大学教授。
1958年入美国籍。
1940年代末在哈佛大学读博士学位时,曾专攻迈射和雷射的基本原理。
1953年汤斯(CharlesTownes)演示了迈射,两年後,布洛姆伯根详述了微粒的极广泛的应用。
西格班(KaiM.Siegbahn,1918-)因发展高分辨率电子能谱仪并用以研究光电子能谱和作化学元素的定量分析,布洛姆伯根(NicolaasBloembergen,1920-)和肖洛(ArthurL.Schawlow,1921-1999)因在激光和激光光谱学方面的研究工作,共同分享了1981年度诺贝尔物理学奖。
百年诺贝尔物理学奖及其对现代科技的影响

诺贝尔物理学奖及其对现代科技的影响摘要:诺贝尔奖是根据瑞典化学家阿尔弗雷德·诺贝尔的遗嘱所设立的奖项,包括的奖项有和平奖、化学奖、生理学或医学奖、文学奖、物理学奖,旨在奖励那些曾赋予人类最大利益的人。
诺贝尔物理学奖从1901年开始颁发至今已有百余年的历史,目前它已成为国际上最具影响力及权威性的科学奖项。
本文简要介绍了诺贝尔的生平及诺贝尔奖的由来,着重论述了诺贝尔物理学奖对现代科技的影响,由诺贝尔物理学奖的颁发预测了21世纪物理学的发展趋势,揭示了诺贝尔物理学奖颁发的启示。
关键词: 诺贝尔物理学奖现代科技发展趋势启示第一章诺贝尔生平及诺贝尔奖概述1.1 诺贝尔生平阿尔弗雷德·伯纳德·诺贝尔(Alfred Bernhard Nobel),是19世纪著名的化学家,1833年10月21日出生于瑞典首都斯德哥尔摩。
就在诺贝尔出生前一年,一场火烧毁了他的家,全家只好靠借债度日,父亲为了躲债,单身离家出走,幸好由母亲把家务全部担当下来。
诺贝尔凄苦的童年生活使他身体虚弱、性格内向。
诺贝尔8岁上学,仅读了一年就辍学了,这是他一生唯一的一次接受学校教育。
诺贝尔父亲是一位很有才干的机械师,后来他父亲发明的机械在俄国受到欢迎,家境开始好转,在1842年,诺贝尔9岁时全家迁居俄国彼德堡。
由于语言不通,诺贝尔和两个哥哥都进不了当地的学校,只得请家庭教师教他们学习外语和自然科学。
由于诺贝尔的勤奋学习,他的学识不亚于他的两个哥哥,深得教师和父亲的喜爱。
过了不久,诺贝尔的哥哥要回瑞典,诺贝尔也只好停止学业,他就到父亲开办的工厂当助手。
诺贝尔把工厂当大学,努力学习生产理论和生产技能。
为了扩大诺贝尔的视野,使他能学到先进的科学知识和技术,1850年他父亲让他出国进行旅行学习。
两年中,他去过德国、法国、意大利和美国,由于诺贝尔善于观察,认真钻研,知识积累迅速,所以在两年后回俄国时,他已经是一位精通几国语言和受过科学训练的学者。
激光之父:1964年诺贝尔物理学奖得主汤斯博士

激光之父:1964年诺贝尔物理学奖得主汤斯博士【摘要】汤斯博士,作为激光之父和1964年诺贝尔物理学奖得主,对激光技术的发现和发展做出了重要贡献。
激光技术在现代科学和生活中的应用广泛,涉及医疗、通讯、制造等领域。
汤斯博士的成就不仅限于激光领域,还有其他杰出贡献。
他对激光技术的重要性和潜力进行了深刻的认识,影响着后人的研究和发展。
激光技术具有广阔的前景和应用价值,汤斯博士的影响将长久地延续下去,推动科技进步和社会发展。
【关键词】汤斯博士,激光技术,1964年诺贝尔物理学奖,发现历程,贡献,应用,现代科学,生活,成就,影响,意义,前景,价值,长久延续。
1. 引言1.1 汤斯博士的背景介绍汤斯博士对激光技术的发展作出了巨大贡献,他的研究使得激光技术在科学研究、医学诊断、通信领域等方面得到了广泛应用。
他的成就为全世界的激光科学家树立了榜样。
汤斯博士具有坚韧的毅力和对科学的热爱,他的精神将激励后人继续探索更深层次的科学领域。
汤斯博士除了在激光领域的杰出成就外,还在其他领域有许多突出的表现。
他在工程领域也取得了不少成就,为人们的生活带来了便利。
汤斯博士的影响将会长久地延续下去,激励着新一代科学家继续前行。
1.2 激光技术的重要性激光技术是一种高度先进的技术,已经在现代科学和生活中扮演着重要的角色。
激光具有独特的性质,可以实现高精度、高速度和高效率的操作,使其在各个领域都有广泛的应用。
在医学领域,激光技术被广泛用于手术、治疗和诊断,可以实现微创手术和精准治疗。
在通信领域,光纤通信技术的发展也离不开激光技术的支持,可以实现高速稳定的数据传输。
激光技术还被广泛应用于制造业、材料加工、激光雷达、激光打印等领域,推动着社会的发展与进步。
汤斯博士作为激光之父,对激光技术的发展和应用做出了巨大贡献。
他的研究开启了激光技术的时代,为人类带来了无限的可能性。
随着科技的不断进步,激光技术将继续在各个领域发挥重要作用,为人类社会带来更多的创新和进步。
历年诺贝尔物理学奖

J.斯坦伯格
英国 粒子对称结构进行论证
1989 N.F.拉姆齐
美国
W.保罗
德国
H.G.德梅尔特 美国
发明原子铯钟及提出氢微波 激射技术 创造捕集原子的方法以达到 能极其精确地研究一个电子 或离子
1990 J.杰罗姆 H.肯德尔 R.泰勒
美国 美国 加拿大
发现夸克存在的第一个实验 证明
年份 获奖者 1991 P.G.德燃纳 1992 J.夏帕克
德国 法国
获奖原因
发现标识元素的次级伦琴 辐射
研究辐射的量子理论,发 现基本量子,提出能量量 子化的假设,解释了电磁 辐射的经验定律
发现阴极射线中的多普勒 效应和原子光谱线在电场 中的分裂
发现镍钢合金的反常性以 及在精密仪器中的应用
年份 获奖者
国籍
获奖原因
1921 A.爱因斯坦
德国
对现物理方面的贡献,特 别是阐明光电效应的定律
发明点燃航标灯和浮标灯 的瓦斯自动调节器
在低温下研究物质的性质 并制成液态氦
发现伦琴射线通过晶体时 的衍射,既用于决定X射 线的波长又证明了晶体的 原子点阵结构
用伦琴射线分析晶体结构
年份 获奖者 1917 C.G.巴克拉 1918 M.V.普朗克
1919 J.斯塔克 1920 C.E.吉洛姆
国籍 英国 德国
1922 N.玻尔
丹麦 研究原子结构和原子辐射, 提出他的原子结构模型
1923 R.A.密立根
美国
研究元电荷和光电效应,
通过油滴实验证明电荷有
最小单位
1924 K.M.G.西格班 瑞典
伦琴射线光谱学方面的发 现和研究
1925 J.弗兰克 G.L.赫兹
德国 德国
【历届诺贝尔奖得主(十一)】2005年物理学奖

2005年12月10日第一百零五届诺贝尔奖颁发物理学奖2005年:罗伊·格劳伯(美国)表彰他对光学相干的量子理论的贡献;约翰·霍尔(JohnL.Hall,美国)和特奥多尔·亨施(德国)表彰他们对基于激光的精密光谱学发展作出的贡献。
罗伊·格劳伯哈佛大学物理学教授。
他因“对光学相干的量子理论的贡献”而获得一半的2005年诺贝尔物理学奖,另一半由美国科罗拉多大学的约翰·霍尔和德国慕尼黑路德维希-马克西米利安大学特奥多尔·亨施分享。
基本简介罗伊·格劳伯诺贝尔物理学奖(2005年)罗伊·格劳伯(英语:RoyJ.Glauber,1925年9月1日-),哈佛大学物理学教授。
他因“对光学相干的量子理论的贡献”而获得一半的2005年诺贝尔物理学奖。
另一半由美国科罗拉多大学的约翰·霍尔和德国慕尼黑路德维希-马克西米利安大学特奥多尔·亨施分享。
他的研究发表于1963年,罗伊·格劳伯对于物理学最突出的贡献是提出了相干态的概念和其后的数学基础。
他亦是搞笑诺贝尔奖颁奖典礼的扫帚保管员,总是负责清扫台上的纸飞机。
他的研究发表于1963年,罗伊·格劳伯对于物理学最突出的贡献是提出了相干态的概念和其后的数学基础。
科研成果美国科学家罗伊-格劳伯最终使得量子光学成为一门学科的,很大程度上要归功于另一位物理学家——罗伊·格劳伯,哈佛大学物理学教授。
上世纪60年代开始,激光技术取得了长足的发展,但是在对光本身特性的描述上则遇到了一些困难。
格劳贝尔就认为量子化的电磁场并不能代表光的一切性质,大量光子的集体行为于普通光子有很大的区别,应该更好地发展量子理论来探索光的本质,从而开创了建立量子光学的里程碑式的研究工作。
1963年格劳贝尔就通过自己工作成功地应用量子理论来解释了一些光学现象,他在《物理评论通信》上发表了研究论文,此后又在《物理评论》等杂志上发表了几篇相关论文,创造性的提出了“光子的相干性量子理论”。
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实用光谱学的建立
• 1859年,德国物理学家基尔霍夫与德国化学 家本生研制分光镜。发现了每种元素不仅 发射、同时也吸收自己特征谱线的光,建 立了吸收光谱的基尔霍夫定律。
肖洛与激光光谱学
• A Carbide and Carbon Chemicals postdoctoral fellowship took Art to Columbia University to work with Charles H. Townes. • What a marvelous place Columbia was then, under I.I. Rabi's leadership! There were no less than eight future Nobel laureates in the physics department during Art’s two years there. • Working with Charles Townes was particularly stimulating. Not only was he the leader in research on microwave spectroscopy, but he was extraordinarily effective in getting the best from his students and colleagues. He would listen carefully to the confused beginnings of an idea, and join in developing whatever was worthwhile in it, without ever dominating the discussions. • Best of all, he introduced Art to his youngest sister, Aurelia, who became Art’s wife in 1951.
Phton detector Discharge tube
用于光谱研究的装置包含: •光源(激光器、单色光源等)
•收集光元件(透镜等)
•分光仪器(单色仪) •光学探测器(光电倍增管、CCD)、 •记录设备(计算机、记录仪)等
传统光谱学的局限性
• 使用普通光源,要提高探测分辨率,需要增强 光源的单色性,但增强光源的单色性,又以降 低光源的强度为代价,并影响到探测的灵敏度。 • 在弱光辐射情况下,光谱中的许多非线性效应 表现不出来,包含物质结构深层次的信息被阻 断。传统光谱学必须利用棱镜或光栅作为分光 器件,而这些器件的分辨率受到一定的限制, 因而谱线的许多细节不能被观察到。
诺贝尔奖与光学 Nobel Prize and Optics
激光光谱
Laser spectroscopists, photographed in front of Fudan University’s physics building in Shanghai, China, to mark the International Conference on Lasers held there and in Beijing in 1980. Participants included, from left to right, Yu-Fen Li, Zhi-Ming Zhang, John Hall, George Temmer, Aram Mooradian, Herbert Walther, Richard Brewer, an unidentified scientist, and Fu-Ming Li. Phys. Today 60, 1, 49 (2007); /10.1063/1.2709559
多普勒展宽
• 多普勒效应:原子朝观测者运动,发光频 率增大(蓝移);原子远离观测者,发光 频率减小(红移) • 多普勒展宽:由于气体原子的速度有一定 分布范围,导致发光谱线有一定的宽度:
肖洛与激光光谱学
• This Doppler width, as a fraction of the line frequency is of the order of V/c, where V is the atomic velocity and c is the velocity of light, or typically about 10-5. • We were able to reduce it by a factor of ten or so, by using a roughly collimated beam of atoms, excited by an electron beam, and by observing the emitted light from a direction perpendicular to the atomic beam. • The hyperfine structures we sought could be resolved, but four hours exposure time on our photographic plates was required. It seemed that there really ought to be an easier method that would give still sharper spectral lines, and indeed a large part of our work in laser spectroscopy has been devoted to finding such methods.
量子力学与光谱学的发展
• 1892年,迈克耳孙就发现了巴耳末线 系中最强谱线实际上是由间隔0.14埃 的两条谱线组成。这一现象直到20世 纪量子力学建成后,才利用电子的轨 道的角动量与自旋角动量的结合获得 解释 • 1925年,在解释碱金属光谱的测量结 果时,荷兰裔美国物理学家乌伦贝克 正式引入电子自旋的概念
• 1885年,从事天文测量的瑞士科学家巴耳 末找到一个经验公式说明已知的氢原子谱 线的位置,这一组线称为巴耳末系(可见 光 H α 、 Hβ 、 H γ 、 H δ )
2 n B n 3, 4, 5, 6... 2 n 4 B 3645 .6Å
• 1889年,瑞典光谱学家里德伯发现了许多 元素的线状光谱系,其中最为明显的为碱 金属原子的光谱系,和氢原子的光谱一样, 它们都能满足一个简单的公式:里德堡公 式(RH 为氢原子的里德伯常数)。
吸收光谱
发射与吸收光谱
发 射 与 吸 收 光 谱
荧光光谱
• 用波长较短的光照射到某种物质,物质吸 收光波后发出波长较长的光辐射(发射) 称为荧光
• 荧光光谱分析—— 利用某种物质受光照射 所产生的荧光的特性和强度,进行物质的 定性或定量分析
传统光谱分析法:放电管,加热炉等
Recorder Spectrometer High voltage
激光光谱
• 光源与光谱 • 光谱学 • 传统光谱学的建立与发展
– 发射与吸收光谱 – 荧光光谱
• 激光光谱学
– – – – 肖洛与激光光谱学 激光诱导荧光光谱 双光子、多光子荧光光谱 拉曼散射光谱
光源与光谱
• 光源——任何发光的物体 • 单色光—— 单一波长的光 • 非单色光 :
dI λ代表波长在λ到λ+d λ的光强 i (λ) = dI λ/d λ代表单位波长区间的光强
• 通过光谱的研究,可以得到原子、 分子等的能级结构、能级寿命、电 子的组态、分子的几何形状、化学 键的性质、反应动力学等多方面物 质结构的知识 • 光谱学技术不仅仅是一种科学工具, 在化学分析中它也提供了重要的定 性与定量的分析方法
传统光谱学的建立与发展
• 1666年牛顿 太阳光通过玻璃棱镜分解为红光到紫光的各 种颜色,发现白光是由各种颜色的光组成的---光谱学的开始
(布隆姆伯根主要贡献为非线 性光学的奠基人,肖洛主要 为激光光谱学的奠基人)
Bloemberge, (1920-)美国 Schawlow (19211999)美国
肖洛用激光打气球
肖洛与激光光谱学
• In the 1940s when Art was a graduate student at the University of Toronto, … use high-resolution optical spectroscopy to measure nuclear properties from their effects on the spectra of atoms. • The shifts and splittings of spectral lines from the interactions between electrons and nuclei were so small that they are known as hyperfine structures. • To resolve them, we needed to build high resolution spectroscopic equipment. We also had to reduce the widths of the spectral lines from our light source. • When the gas density is so low that collisions could be neglected, the principal source of the line widths is the Doppler-broadening from the thermal motions of the atoms.