前沿物理学
激光与光–物质相互作用
观察光场与二能级系统的共振模型：改变场强与噪声观察能量交换。联系共振条件 与受激辐射概念。
⚠ 真实激光即使低功率也可永久损伤视网膜——切勿直视光束或其反射光。
器材
- 场–二能级原子相互作用模型（图1）
- 「参数」（场强）与「噪声」（退相干）滑块
- 带「运行时间」复选框的时间演化图
实验步骤
设置共振条件
在图1中把「噪声」设为0，从小到大扫「参数」。注意二能级系统的响应只在场频率匹配能级间隔时达到峰值——对应 。
跟踪能量随时间的交换
在图2中勾选「运行时间」，把「物理参数」置于中间，观察两个能级间的布居振荡——Rabi振荡的特征。增大参数可见交换频率随场幅增长。
加噪声破坏相干性
保持场强不变逐渐增大「噪声」。观察布居振荡逐渐衰减：退相干与噪声扰乱相位、破坏共振——这就是真实激光器需要谐振腔和稳定粒子数反转的原因。
预测激光阈值
找出响应由弱转为明显放大的参数值，然后解释：当反转足够大时受激辐射超过吸收，光被放大。改变初始条件，先预测新阈值再验证。
模拟
实验历史
爱因斯坦1917年在统计推导普朗克定律时引入受激辐射：入射光子可诱导激发态原子发射第二个同相光子。这一思想沉寂了三十年，直到查尔斯·汤斯、尼古拉·巴索夫和亚历山大·普罗霍罗夫分别独立提出微波激射器（1954年）；汤斯与阿瑟·肖洛随后在1958年的奠基性论文中将其推广到光频段。
西奥多·梅曼1960年在休斯研究实验室运转了第一台激光器——脉冲红宝石激光器。十年间激光从「寻找问题的答案」变为定量仪器：高分辨光谱、原子捕获、光通信与手术。1964年诺贝尔物理学奖授予汤斯、巴索夫、普罗霍罗夫；此后各届（1981、1997、2005、2018）奖励了对光与物质相互作用日益精妙的操控。