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谭维翰 著

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• 非线性光学
• 量子信息
• 原子物理
• 激光物理

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030339768

版次：2

商品编码：11686182

包装：平装

开本：16开

出版时间：2015-04-01

用纸：胶版纸

页数：404

字数：509000

内容简介

　　《量子光学导论(第2版)》由谭维翰著，从 光与物质相互作用的经典与量子特性以及较新的实验 与理论的研究成果出发，系统介绍这门新学科(相对 于经典光学而言)即量子光学的建立和发展。内容共8 章，前三章为光与介质相互作用的半经典与光量子理 论，是全书的预备知识，4～7章为量子光学的主体， 含激光振荡、光的相干性、场的相关函数表示、光的 相干态、P表象、光场二阶相关函数、群聚与反群聚 、EPR悖论、Bell不等式、光的纠缠态、压缩态，还 有共振荧光、激光偏转原子束等，第8章为光学参量 下转换的动力学及其应用。

目录

第1章 光与非线性介质相互作用的经典与量子理论
1.1 非线性相互作用的经典理论
1.1.1 电磁波在非线性介质中的传播
1.1.2 极化率张量的对称性
1.2 光学中的波波相互作用
1.2.1 三波耦合
1.2.2 四波耦合
1.3 光与非线性介质相互作用的量子理论
1.4 弱场微扰法解SchrSdinger方程
1.5 密度矩阵方程及其微扰解法
1.5.1 密度矩阵方程
1.5.2 用微扰法解密度矩阵方程
1.6 波场ψ(r，t)的量子化
1.7 电磁场的量子化
1.7.1 电磁场的模式展开
1.7.2 电磁场的量子化
1.7.3 光子数态(Fock态1
1.8 原子辐射的线宽与能级移位
1.8.1.单原子辐射
1.8.2 N原子辐射
附录1A (1.2.27)式的解析求解
参考文献
第2章 二能级系统的密度矩阵求解及光脉冲在非线性介质中的传播
2.1 二能级原子密度矩阵的矢量模型
2.2 Bloch方程及其解
2.3 线性吸收与饱和吸收
2.4 光学章动与自由感生衰变
2.5 浸渐近似
2.6 光脉冲传播的面积定理
2.7 光脉冲自聚的多焦点现象
2.7.1 光脉冲自聚的准稳态理论
2.7.2 光脉冲自聚的不稳定性分析
2.7.3 光脉冲自聚的数值计算
2.8 光束传输的ABCD定理
2.8.1 近轴光束传输的A召GD定理
2.8.2 普适的光束传输ABCD定理的证明
2.8.3 光束传输的衍射积分计算
2.9 光脉冲的“超光速传输”
2.9.1 终端波在增益型反常色散介质中的传播
2.9.2 矩形脉冲在增益型反常色散介质中的传播
2.9.3 Gauss光脉冲在增益型反常色散介质中的传播
附录2A (2.6.24)式的推导
附录2B (2.7.26)式的解析求解
参考文献
第3章 原子的缀饰态
3.1 二能级原子Schrodinger方程的解
3.2 原子的缀饰态
3.3 Cohen-Tannoudji的缀饰原子
3.4 原子部分缀饰态及其展开
参考文献
第4章 激光振荡理论
4.1 激光振荡的半经典理论
4.1.1 没有激活离子f或原子)情形
4.1.2 线性极化PαE
4.1.3 一级近似
4.1.4 气体激光的烧孔效应与Lamb凹陷
4.1.5 多模振荡
4.2 激光振荡的全量子理论
4.3 热库模型与激光输出的统计分布
4.3.1 热库模型
4.3.2 激光场与热库相互作用的Langevin方程
4.3.3 原子体系与热库相互作用的Langevin方程
4.3.4 辐射场的密度矩阵方程
4.3.5 激光输出的统计分布
4.4 降低激光泵浦的量子噪声
4.4.1 规则泵浦抽运
4.4.2 一般泵浦抽运
4.5 微激光的量子模式理论
4.5.1 激光情形密度矩阵主方程的稳态解
4.5.2 微腔的量子模理论
4.5.3 在阈值附近微腔量子模主方程解与分步模式解的偏差
4.6 单原子与双原子微激光
4.6.1 双原子与激光场的相互作用方程
4.6.2 单原子、双原子微激光的稳态输出比较
参考文献
第5章 辐射的相干统计性质
5.1 x，Fi衡辐射的统计热力学
5.2 光的相干性
5.2.1 相干条件
5.2.2 “光子自干涉”与“同态光子干涉”
5.3 光探测
5.3.1 理想探测器
5.3.2 量子跃迁
5.4 场的相关函数与场的相干性
5.5 相干态
5.6 用相干态展开
5.6.1 相干态的P表示
5.6.2 在P表象中参量下转换所满足的Fokker-Planck方程
5.7 光子的二阶相关函数、群聚与反群聚效应、鬼态干涉与粒子的纠缠态
5.7.1 光场分布的二阶相关测量
5.7.2 经典光场与非经典光场
5.7.3 原子共振荧光场的二阶相关函数分析
5.7.4 双光子“鬼态干涉”与EPR悖论
5.7.5 Bell不等式与粒子的纠缠态
5.7.6 违背Bell不等式的几何推导
5.8 压缩态光场
5.8.1 光量子起伏给光学精密测量带来的限制
5.8.2 iE交压缩态
5.8.3 振幅压缩态
5.9 非经典光场的探测
5.9.1 强度差的零拍探测技术
5.9.2 当探测效率η≠1的零拍探测
5.10 压缩态光的产生和放大
5.10.1 简并参量放大(或简并四波混频)产生压缩态光的原理与实验结果
5.10.2 简并参量放大与简并四波混频满足的IJangevin方程与Fokker—Planck方程
5.10.3 简并参量放大的Fokker-Planck方程的解
5.10.4 简并四波混频的Fokker-Planck方程的解
附录5A Boson算子代数
附录5B 最小测不准态
附录5C 关于(5.7.59)式、(5.7.70)式的证明
参考文献
第6章 原子的共振荧光与吸收
6.1 二能级原子与单色光强相互作用的实验研究
6.1.1 二能级原子在强光作用下的共振荧光
6.1.2 在强场作用下的原子吸收线型
6.1.3 二能级原子吸收谱的功率增宽与饱和
6.2 二能级原子的共振荧光理论
6.2.1 二能级原子与辐射场相互作用方程及其解
6.2.2 二能级原子的共振荧光计算
6.3 原子在压缩态光场中的共振荧光
6.3.1 原子在压缩态光场中的密度矩阵方程
6.3.2 原子在压缩态光场中的共振荧光谱
6.4 不取旋波近似情形二能级原子的共振荧光谱
6.4.1 Mollow的共振荧光理论与积分的初值条件
6.4.2 不采用：RWA二能级原子系统的RFS理论
6.4.3 数值计算与讨论
6.5 含原子腔的QED
6.5.1 自发辐射的增强与抑制
6.5.2 单模场与二能级原子相互作用的J-C模型
6.5.3 有阻尼情况下单模场与二能级原子相互作用的解析解
6.5.4 关于新经典理论的实验检验
6.6 含二能级原子腔的透过率谱
6.6.1 共振腔中原子的极化率计算
6.6.2 含二能级原子腔的透过率谱
参考文献
第7章 激光偏转原子束
7.1 激光偏转原子束
7.1.1 早期的激光偏转原子束方案
7.1.2 激光作用于原子上的力
7.1.3 原子在速度空间的扩散
7.2 激光冷却原子与光学粘胶
7.3 激光偏振梯度冷却原子
7.4 光学粘胶温度测量
7.5 电磁衰波场对原子的作用力与原子镜
7.6 原子镜面对原子量子态选择反射实验
7.7 二能级原子在激光衰波场中反射的准确解
7.7.1 二能级原子在激光衰波场中满足的Schrodinger方程及其解
7.7.2 二能级原子波函数的边值条件及反射率计算
7.7.3 数值计算与讨论
7.8 激光冷却原子与原子的BEC
7.8.1 由“光子服从Bose统计”到“理想气体的Bose统计”
7.8.2 简谐势阱中的中性原子的BEC
7.8.3 排斥相互作用对：BEC的影响
7.8.4 吸引相互作用对.BEC的影响
7.8.5 中性原子的BEC
附录7A I1、I2、I3、I4的计算
附录7B 当y很小时ug(y)的极限解
参考文献
第8章 光学参量下转换的动力学及其应用
8.1 由非简并光学参量放大获得的压缩态
8.1.1 产生简并与非简并参量下转换的参量振荡器
8.1.2 非简并参下转换系统满足的Fokker—Planek方程
8.1.3 简并参量下转换系统的FokkerPlanck方程的求解
8.1.4 非简并参量下转换系统的量子起伏计算
8.1.5 正P表象
8.2 位相不匹配Fokker-P1anck方程在QPM中的应用
8.2.1 位相不匹配情况下的Fokker-Planck方程的解
8.2.2 参量下转换的Langevin方程与Fokker-Planck方程解的关系
8.2.3 位相不匹配的Fokker-Planck方程的解应用到QPM技术上
8.2.4 数值计算结果与分析
8.3 含时的线性驱动简并参量放大系统的量子起伏
8.3.1 含时的线性驱动简并参量放大Fokker-Planck方程
8.3.2 含时的线性驱动Fokker-Planck方程的解
8.3.3 含时的线性驱动简并参量放大Fokker-Planck方程的解
8.3.4 简并参量放大系统的量子起伏计算
8.3.5 小结
8.4 非线性简并光学参量放大系统的量子起伏
8.4.1 P表象中非线性简并参量放大Fokker-Planck方程的通解
8.4.2 线性近似解
8.4.3 非线性项修正
8.4.4 小结
8.5 应用非简并参量放大输出演示EPR佯谬
8.5.1 复合系统不可分的V1V2判据
8.5.2 非简并参量放大输出实现EPR佯谬的理论分析
8.5.3 考虑到泵浦吃空解含时的：Fokker—Planck方程对Ⅵ(％)的计算
8.5.4 小结
8.6 周期泵浦驱动的DOPA的量子起伏以及NOPA的量子纠缠
8.7 应用Ⅳ个非简并参量放大输出演示EPR佯谬
8.7.1 单个简并参量系统的Fokker-Planck方程的解
8.7.2 多粒子纠缠的V判据
8.7.3 三粒子纠缠(N=3)
8.7.4 Ⅳ粒子纠缠(N>3)
8.7.5 Ⅳ粒子纠缠的数值计算与讨论
8.8 复合系统的密度矩阵分解
8.8.12 ×2复合系统
8.8.2 3×3复合系统
8.8.3 小结
8.9 由超短光脉冲产生多光子纠缠态
附录8A 关于方程(8.4.4)的证明
附录8B 3×3密度矩阵函数，可分离的密度矩阵及可分离的密度矩阵方块
附录8C 对角方块矩阵D1r的特征值
参考文献

前言/序言

《微纳光子学与集成技术导论》 内容简介 本书全面深入地介绍了微纳光子学的基本原理、关键技术、核心器件及其在现代信息技术中的应用。全书结构严谨，内容涵盖了从基础理论到前沿实验的广阔范围，旨在为光学、电子工程、材料科学以及相关领域的学生、研究人员和工程师提供一本系统且实用的参考教材。 第一部分：微纳光子学基础理论 本书伊始，深入阐述了电磁波在亚波长尺度结构中的传播规律。重点讨论了麦克斯韦方程组在周期性与非周期性结构中的应用，特别是如何利用这些结构实现对光场的精确调控。 1. 介质光波导理论： 详细介绍了平面光波导和脊形光波导的模式分析方法，包括有效折射率法、本征波法以及更精确的有限元法（FEM）和时域有限差分法（FDTD）。讨论了导波的色散关系、损耗机制以及模式耦合现象。特别关注了如何通过结构设计来控制和优化导波的传输特性，如弯曲损耗和模式分离。 2. 光子晶体基础： 系统地介绍了光子晶体的基本概念，包括布拉格反射、光子带隙（PBG）的形成机理及其与晶体结构、材料光学性质之间的关系。深入分析了一维、二维和三维光子晶体的能带结构计算方法，并探讨了缺陷态的引入对光场局域化的影响，这是实现高质量光子器件的基础。 3. 近场光学与倏逝波： 阐释了经典光学在衍射极限下的局限性，并引入了近场概念。详细讨论了表面等离子激元（SPP）的产生、传播特性及其与金属/介质界面的相互作用。介绍了如何利用倏逝波进行高灵敏度的传感和测量。 第二部分：微纳光子器件原理与设计 本部分聚焦于微纳光子学在实际器件构建中的应用，涵盖了从基本元件到复杂集成系统的设计方法。 4. 谐振腔与滤波器： 深入分析了微环谐振腔（MRR）、分布式反馈（DFB）结构以及光子晶体腔（PhC Cavity）的工作原理。讲解了如何通过腔体几何尺寸、耦合系数和损耗控制来设计具有高品质因子（Q值）和高透射率的谐振器。讨论了谐振腔在波分复用、光开关和非线性光学中的应用。 5. 调制器与开关： 详细介绍了基于载流子效应、热光效应和自由载流子吸收效应的集成光调制器。重点分析了电光调制器的性能指标，如半波电压（$V_{pi}$）、带宽和插入损耗。探讨了新型快速光开关的设计，包括基于载流子注入和等离子体色散效应的原理。 6. 光栅与耦合元件： 系统阐述了布拉格光栅（FBG）和准周期性光栅（Quasi-periodic Gratings）的设计与应用。重点分析了耦合效率、带宽和倾斜角的优化方法。此外，还涵盖了光栅耦合器（Grating Couplers）的设计，用于实现光纤与片上波导之间的有效耦合。 第三部分：微纳光子集成技术 本部分转向先进制造工艺和异质集成技术，这是实现复杂光子电路的关键。 7. 材料系统与工艺基础： 概述了主流的微纳光子集成平台，包括硅基光子学（SOI）、氮化硅（$ ext{Si}_3 ext{N}_4$）平台和铌酸锂（$ ext{LiNbO}_3$）平台。详细介绍了电子束光刻（EBL）、深紫外光刻（DUV）在亚波长结构制造中的应用。讨论了薄膜沉积、刻蚀技术（干法与湿法）以及键合技术对器件性能的影响。 8. 异质集成与片上光互连： 探讨了如何将不同材料（如半导体激光器、探测器）集成到硅基光子芯片上的技术，特别是光子和电子器件的共封装。讨论了高密度片上光互连的挑战与解决方案，包括低损耗的片上传输线和高效的端口连接技术。 第四部分：前沿应用与展望 最后一部分展望了微纳光子学在信息、传感和计算领域的最新进展。 9. 集成光通信与传感： 介绍了基于微纳光子器件的光收发模块、相干接收机和新型光滤波器在高速光通信中的应用。在传感方面，重点分析了基于表面等离子激元共振（SPR）和高Q值谐振腔的生物/化学传感器的灵敏度提升机制。 10. 光计算与量子光子学接口： 初步探讨了如何利用光子器件实现模拟计算和数字计算的潜力。特别介绍了片上集成光源、单光子探测器以及光子量子态制备与操控的微纳光子学基础，为面向未来的光量子信息处理奠定理论和技术基础。 本书内容全面、理论扎实且兼顾工程实践，图文并茂，配有大量的实例分析和设计案例，是致力于微纳光子学研究与应用工作者的重要参考书。

评分☆☆☆☆☆

坦率地说，这本书的阅读体验是相当“硬核”的。它对待现代量子光学的前沿进展持有一种克制但深入的态度。我发现它在某些新兴领域如腔QED（腔量子电动力学）和量子信息基础部分的处理上，展现了极强的深度和前瞻性。作者似乎有一种执念，就是要确保读者理解每一个数学步骤背后的物理直觉，这使得阅读速度自然而然地慢了下来。我记得在处理耗散系统和密度矩阵理论那一章时，我花费了数倍于其他章节的时间，因为它要求你同时在概率论、线性代数和物理图像之间进行多维度的切换。这本书的缺点也许在于其对读者的先决知识要求过高，如果你是第一次接触诸如受激发射、受激吸收等概念，这本书会让你感到压力山大，因为它假定你已经熟练掌握了量子力学的基本运算和矩阵力学。它更像是一部学术专著的入门篇，而非为初学者量身定制的“友好向导”。

评分☆☆☆☆☆

这本书在我书架上的位置非常特殊，它不是我闲暇时会翻阅的读物，而是只有在攻克某个具体研究难题、需要回归理论源头时才会郑重请出的“镇山之宝”。它在非线性光学效应的半导体量子阱处理上，提供了一个极其详尽和自洽的框架，这个框架的严谨性，使我能够自信地将其应用于更复杂的系统建模中。这本书的语言风格是极其精确的，几乎没有任何冗余的描述，每一个词语的选择都仿佛经过了千锤百炼，力求达到物理描述的最高准确度。阅读它需要极高的专注力，因为一旦错过一个小小的下标或一个积分变量，接下来的整个段落可能都会变得晦涩难懂。对我个人而言，它最好的使用方式是将其作为工具书和理论校验平台，而不是线性的阅读材料。它代表了一种对知识深度和纯粹性的不妥协追求，非常适合那些致力于理论物理或需要对量子光学有哲学层面理解的进阶学习者。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我感到知识体系像被重新梳理和结构化了一番，仿佛终于找到了一个清晰的坐标系来定位量子光学中的各个子领域。我特别喜欢它在案例选择上的独到眼光，那些看似晦涩的理论，在作者的阐述下，忽然间与实际的实验设置产生了奇妙的共振。比如，在处理光场与物质相互作用的章节时，作者没有仅仅停留在薛定谔方程的求解上，而是引入了大量的有效哈密顿量和近似方法，这极大地提升了我们处理实际问题的能力。这本书的配图质量虽然中规中矩，但其信息的密度和准确性是毋庸置疑的。它更像是一本高级的参考手册，而不是一本激发兴趣的入门读物。如果你想知道“为什么”以及“如何精确地”描述一个特定量子光学现象，这本书几乎提供了所有必需的工具箱。对我而言，它最大的价值在于对不同理论框架之间转换的清晰指引，比如如何从半经典处理平滑地过渡到全量子化的描述，这种“无缝衔接”的能力，是许多同类书籍所欠缺的。

评分☆☆☆☆☆

这部书给我的感觉就像是刚踏入一个迷雾笼罩的森林，充满了未知和挑战，但也预示着前方有令人振奋的发现。作者的叙述方式非常严谨，每一个概念的引入都像是精心铺设的石阶，要求读者必须步步为营。我尤其欣赏它在基础理论上的深度挖掘，没有对任何一个物理图像进行草率处理，而是力求从最底层的原理出发，构建起整个量子光学的宏伟蓝图。然而，对于初学者来说，这无疑是一场艰苦的跋涉。大量的数学推导和抽象的符号堆砌，使得阅读过程更像是在攻克一道道复杂的数学难题，而不是享受知识的流动。有那么几次，我不得不停下来，反复查阅前置知识，才能勉强跟上作者的思路。这不像是市面上那种“通俗易懂”的科普读物，它明确地将目标读者定位于那些已经具备扎实经典物理和初步量子力学基础的研究生或高年级本科生。可以说，如果你想在这门学科上建立起真正坚不可摧的理论根基，这本书是必要的“磨刀石”，但准备好迎接它带来的思维上的高强度训练吧。它不提供捷径，只提供最坚实、也最崎岖的坦途。

评分☆☆☆☆☆

这部教材给我的感觉是“老派”而“厚重”。它没有被近年来层出不穷的新奇概念所裹挟，而是扎扎实实地打磨了量子光学的核心支柱——相干性、叠加态、量子噪声和非线性光学基础。它的结构安排非常经典，从最基础的光子概念和量子场论的初步引入，逐步推进到更为复杂的相互作用。我特别欣赏它在历史脉络上的梳理，虽然不直接讲述历史故事，但通过理论的演进顺序，读者能隐约感受到科学是如何一步步揭开量子光学术语的神秘面纱的。这本书的习题部分，可以说是精髓所在，它们不仅是对章节内容的复习巩固，更像是对理论的进一步延伸和挖掘，很多题目本身就是小型研究课题的雏形。不过，对于那些更偏向应用或工程实现的学习者来说，这本书的抽象程度可能会让他们感到有些“不接地气”，它更偏向于对基本原理的数学抽象与物理洞察的培养，而非快速实现某个具体技术的指南。

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