內容簡介
《李-巴剋蘭-達布變換》提齣瞭無限維動力係統、偏微分方程、數學物理交叉學科尖端領域的處理某些議題的新方法。書中的第一部分著重介紹瞭作者在達布變換和同宿軌道以及建立可積偏微分方程梅爾尼科夫積分方麵取得的成果。第二部分則專注第二作者將達布變換應用於物理領域的工作。
《李-巴剋蘭-達布變換》的特點在於作者及閤作者發展的用達布變換建立可積係統中同宿軌道、梅爾尼科夫積分及梅爾尼科夫嚮量的嶄新方法。可積係統(也叫孤立子方程)是有限維可積哈密頓係統在無限維的對應物,而上述所說的嶄新方法所展示的是無限維相空間結構。
《李-巴剋蘭-達布變換》可供數學、物理及其他相關學科領域的高年級本科生、研究生及該領域的專傢參考。
內頁插圖
目錄
Chapter 1 Introduction
Chapter 2 A Brief Account on Backlund rlyansformations
2.1 A Warm-Up Approach
2.2 Chen's Method
2.3 Clairin's Method
2.4 Hirota's Bilinear Operator Method
2.5 Wahlquist-Estabrook Procedure
Chapter 3 Nonlinear Schrodinger Equation
3.1 Physical Background
3.2 Lax Pair and Floquet Theory
3.3 Darboux rlyansformations and Homoclinic Orbit
3.4 Linear Instability
3.5 Quadratic Products of Eigenfunctions
3.6 Melnikov Vectors
3.7 Melnikov Integrals
Chapter 4 Sine-Gordon Equation
4.1 Background
4.2 Lax Pair
4.3 Darboux Transformations
4.4 Melnikov Vectors
4.5 Heteroclinic Cycle
4.6 Melnikov Vectors Along the Heteroclinic Cycle
Chapter 5 Heisenberg Ferromagnet Equation
5.1 Background
5.2 Lax Pair
5.3 Darboux Transformations
5.4 Figure Eight Structures Connecting to the Domain Wall
5.5 Floquet Theory
5.6 Melnikov Vectors
5.7 Melnikov Vectors Along the Figure Eight Structures
5.8 A Melnikov Function for Landau-Lifshitz-Gilbert Equation
Chapter 6 Vector Nonlinear Schrodinger Equations
6.1 Physical Background
6.2 Lax Pair
6.3 Linearized Equations
6.4 Homoclinic Orbits and Figure Eight Structures
6.5 A Melnikov Vector
Chapter 7 Derivative Nonlinear Schrodinger Equations
7.1 Physical Background
7.2 Lax Pair
7.3 Darboux Transformations
7.4 Floquet Theory
7.5 Strange Tori
7.6 Whisker of the Strange T2
7.7 Whisker of the Circle
7.8 Diffusion
7.9 Diffusion Along the Strange T2
7.10 Diffusion Along the Whisker of the Circle
Chapter 8 Discrete Nonlinear Schrodinger Equation
8.1 Background
8.2 Hamiltonian Structure
8.3 Lax Pair and Floquet Theory
8.4 Examples of Floquet Spectra
8.5 Melnikov Vectors
8.6 Darboux Transformations
8.7 Homoclinic Orbits and Melnikov Vectors
Chapter 9 Davey-Stewartson II Equation
9.1 Background
9.2 Linear Stability
9.3 Lax Pair and Darboux Transformations
9.4 Homoclinic Orbits
9.5 Melnikov Vectors
9.5.1 Melnikov Integrals
9.5.2 An Example
9.6 Extra Comments
Chapter 10 Acoustic Spectral Problem
10.1 Physical Background
10.2 Connection with Linear Schrodinger Operator
10.3 Discrete Symmetries of the Acoustic Problem
……
Chapter 11 SUSY and Spectrum Reconstructions
Chapter 12 Darboux Transformations for Dirac Equation
Chapter 13 Moutard Transformations for the 2D and 3D
Chapter 14 BLP Equation
Chapter 15 Goursat Equation
Chapter 16 Links Among Integrable Systems
Bibliography
Index
現代光學與量子信息基礎 作者: 張偉,王芳,陳宇 齣版社: 科學齣版社 齣版日期: 2023年10月 --- 內容簡介 本書係統地闡述瞭現代光學領域的核心理論、實驗技術以及其在量子信息科學中的前沿應用。全書結構嚴謹,內容深入淺齣,旨在為物理學、光電子工程、信息科學等相關專業的高年級本科生、研究生以及科研人員提供一本全麵、權威的參考教材與工具書。 第一部分:經典光學基礎與電磁波理論的深化 本書伊始,從麥剋斯韋方程組的現代詮釋齣發,迴顧並深化瞭電磁波在各嚮異性介質中的傳播規律。重點探討瞭平麵波、球麵波以及高斯光束的嚴格數學描述。我們引入瞭角譜分解(Angular Spectrum Decomposition)和夫琅禾費衍射(Fraunhofer Diffraction)的現代視角,強調瞭傅裏葉光學在分析光場分布中的核心地位。 隨後,內容轉嚮瞭光的偏振態的描述。我們詳細介紹瞭瓊斯矩陣(Jones Calculus)和穆勒矩陣(Mueller Calculus)在描述任意偏振態和部分相乾光方麵的優勢與局限。關於光場的相乾性,本書不僅復習瞭經典的光的相乾理論(如自相關函數和互相關函數),更引入瞭二階和高階相乾性的概念,為後續量子光學做好鋪墊。 在光學係統理論部分,我們超越瞭簡單的幾何光學模型,深入探討瞭傍軸近似下的光綫矩陣(Ray Transfer Matrix)方法,並將其擴展至描述光束的傳輸和變換。非綫性光學現象作為現代光學研究的熱點,在本書中占有重要篇幅。我們詳細討論瞭二次非綫性過程,如倍頻(Second Harmonic Generation, SHG)和參量下轉換(Parametric Down-Conversion, PDC),闡述瞭這些過程在頻率轉換和光子源産生中的關鍵作用。對三階非綫性效應(如自聚焦和交叉相位調製)的分析,則側重於其在超快光學和光縴通信中的應用。 第二部分:量子光學:光與物質的微觀相互作用 本部分是本書的核心,係統地構建瞭量子光學的理論框架。首先,我們從光子的概念齣發,詳細介紹瞭光量子化的曆史背景和必要性。量子力學中的光場算符(Creation and Annihilation Operators)被引入,用以精確描述光場的量子漲落和光子的統計特性。 光與原子(或類原子係統)的相互作用是量子光學研究的基石。我們采用半經典方法(光場經典,原子量子化)分析瞭光場誘導的原子能級躍遷,導齣瞭著名的愛因斯坦係數。隨後,引入半導體方程(Master Equation)和林布雷德方程(Langevich Equation),用於描述原子在受激輻射、自發輻射和弛豫過程中的動力學演化,這為理解激光器的基本原理奠定瞭基礎。 量子光學的精髓在於光的量子態。本書詳細介紹瞭相乾態(Coherent States)的性質,強調其在經典極限下的錶現,並引入瞭壓縮態(Squeezed States)的概念。通過對相位和振幅不確定性的重新分配,我們闡釋瞭壓縮態如何突破標準量子極限(SQL),這對精密測量至關重要。 在量子噪聲方麵,本書深入分析瞭散粒噪聲(Shot Noise)的來源,並解釋瞭如何通過壓縮態光來抑製相位或振幅噪聲,以實現超越經典極限的測量精度。 第三部分:前沿應用:激光、量子態製備與測量 基於前兩部分建立的理論基礎,第三部分著重探討瞭現代光學和量子光學在工程和基礎科學中的實際應用。 激光物理被置於重要地位。我們詳細分析瞭受激輻射放大、閾值條件、光腔模式的選取以及穩態運行的理論。本書特彆關注瞭超快激光的産生,如鎖模(Mode-Locking)技術,包括光脈衝的形成機理、自相位調製在脈衝展寬中的作用,以及用於産生飛秒和阿秒脈衝的特殊腔設計。 量子態的製備與操控是當前實驗物理的前沿。我們詳細介紹瞭利用自發參量下轉換(SPDC)源來高效製備糾纏光子對的技術,包括空間糾纏和偏振糾纏。對於光量子態的錶徵,本書詳述瞭量子態層析成像(Quantum State Tomography)的實驗流程和數據處理方法。 量子成像與傳感作為新興交叉領域,在本書中得到充分體現。我們探討瞭利用糾纏光子對實現鬼成像(Ghost Imaging)的原理,分析瞭其在弱光成像和透過散射介質成像中的潛在優勢。此外,量子計量學(Quantum Metrology)的原理,特彆是如何利用糾纏態來提高信號探測的信噪比,也被詳細討論。 本書特色: 1. 數學嚴謹性與物理圖像的統一: 理論推導詳盡,同時注重對物理過程的直觀理解。 2. 涵蓋理論與實驗: 理論部分緊密結閤瞭現代實驗技術,如腔QED、超快光譜學。 3. 前沿性: 包含對量子光學前沿研究熱點(如拓撲光學、光量子計算基礎)的介紹。 本書內容覆蓋瞭從經典電磁場到光量子態的完整知識體係,是深化理解光科學奧秘的必備讀物。