辐射和光场的量子统计理论 曹昌祺 科学出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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曹昌祺 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030169846

商品编码：26695222233

包装：平装

出版时间：2006-03-01

图书基本信息
图书名称	辐射和光场的量子统计理论	作者	曹昌祺
定价	60.00元	出版社	科学出版社
ISBN	9787030169846	出版日期	2006-03-01
字数		页码
版次	1	装帧	平装
开本		商品重量	0.740Kg

内容简介

本书是作者在北京大学物理系为光学专业和理论物理专业研究生授课讲义的基础上修改和补充写成的。内容包括了量子电动力学基础和量子光学的基本概念和理论方法（包括新近发展的量子*轨迹方法），其中包括作者本人的研究结果。 本书内容大致分为两部份：一是有关光场和电子场（相对论性）的量子化，光子的基本性质（如自旋、宇称、动量和角动量、能量等），狄拉克方程的物理内涵和正反电子对的概念，量子电动力学的基本方程组，洛伦兹条件问题，散射算符和费曼图，原子对光子的吸收，电多极辐射和磁多极辐射，原子在强光下的拉比振荡，共振荧光等；二是光场的相干态和挤压相干态，光场的量子统计描述，光学测量与光场的相关函数，原子和光场与库的作用，耗散与涨落的量子统计理论（主方程和量子朗之万方程），激光的量子理论等。 本书可作为光学专业、物理专业和量子电子学专业研究生教材，也可供从事激光理论、非线性光学理论、量子光学和量子电子学以及量子信息学理论的专业人员参考。

作者简介

目录

前言 章 电磁场的量子化 自由光子的状态 　§1.1 对量子力学的简单概括 　§1.2 场的广义坐标和它的量子化 　§1.3 电磁场的量子化吸收和发射算符 　§1.4 光子的自旋具有确定动量和螺度的自由光子态 　§1.5 具有确定能量、总角动量和宇称的自由光子态 第二章 狄拉克方程 电子场的量子化 　§2.1 狄拉克方程和旋量波函数 　§2.2 动量和螺度确定的态函数 　§2.3 能量、角动量和宇称确定的自由电子态 　§2.4 狄拉克方程的非相对论近似和它的物理内涵 　§2.5 电子场的量子化和负能级问题的终解决 第三章 量子电动力学的基本方程组 S算符的协变微扰论 　§3.1 电子场与电磁场的相互作用量子电动力学的基本方程组 　§3.2 作用图象和演化算符的微扰展开 　§3.3 S算符(S矩阵)和它的约化 　§3.4 自由场的传播子推迟格林函数和超前格林函数 　§3.5 S矩阵元的计算和费曼图形表示 第四章 微扰论的应用——电磁跃迁 　§4.1 原子对光子的吸收和辐射 　§4.2 电多极辐射和磁多极辐射 　§4.3 高速电子在库仑势中的轫致辐射 　§4.4 光子与自由电子的散射 　§4.5 光子在原子上的散射和双光子辐射 第五章 量子光场的相干态 光场的量子统计描述 　§5.1 光场的相位因子算符 　§5.2 量子光场的相干态和它的基本性质 　§5.3 光场态矢量按相干态的展开相干态全纯表象 　§5.4 量子混合态的统计描述光场密度算符的全纯表示和P表示 　§5.5 量子光场的分布函数与特征函数 　§5.6 纯态经典电流的量子辐射场半经典理论的近似性问题 第六章 原子与光场相互作用的过程 开放系统的主方程 　§6.1 二能级原子的自发辐射过程马尔可夫近似 　§6.2 单模光与原子的作用拉比振荡和缀饰原子 　§6.3 强相干光激励下的共振荧光 　§6.4 二能级原子与热光场的作用原子运动的主方程 　§6.5 热光驱动下的单模腔场量子主方程福克尔一普朗克方程和随机微分方程 第七章 光学测量和光场相关函数 光场的挤压相干态 　§7.1 光场一阶相关函数和光强测量的量子理论 　§7.2 }HanburyBrown—Twiss实验和高阶相关函数 　§7.3 条件检测率光子群聚及反群聚和光子计数问题 　§7.4 等待时间分布遍举多重检测和随机量子轨迹 　§7.5 光场的正交挤压相干态 　§7.6 经典源与双光子的耦合挤压相干态的生成 第八章 耗散与涨落的量子朗之万理论 简单的激光系统 　§8.1 量子阻尼振子问题耗散与涨落 　§8.2 开放光学系统的量子朗之万方程 　§8.3 浸渐近似激光的量子速率方程 　§8.4 激光的半经典理论光子数的饱和、闽值和稳恒态 　§8.5 激光稳恒态的涨落功率谱与威纳一亨钦定理 　§8.6 激光涨落的功率谱、谱线宽度和输出场的流强度 　§8.7 原子束流与腔内场的作用scully-Lamb的激光模型 附录 　A 耗散介质中爱因斯坦A系数的修正和谱线的附加宽度 　B 原子自发辐射的非马尔可夫理论 　C 介质中原子自发辐射的局域场修正因子 　D 原子集合的相干态和全纯表象 　E 半导体微腔QED激子的概念和局域激子的共振荧光 　F 超辐射的基本概念自由激子的超辐射 　G 超辐射微激光器的随机量子轨迹理论 　H 规则注入原子对无阻尼腔内相干光场的挤压 　I Golubev—SOkolov主方程生成函数的解 　J 生成函数方法在阻尼腔中规则注入原子问题中的应用

编辑推荐

文摘

序言

好的，这是一份关于量子光学和光与物质相互作用的深入探讨，不涉及《辐射和光场的量子统计理论》（曹昌祺 著）的具体内容，但旨在提供一个扎实的背景和前沿视角。 --- 量子光学的基石与前沿：光场、物质的微观调控与信息传输 第一部分：量子光学的理论基础与演进 本书旨在系统梳理和深入探讨量子光学这一交叉学科的核心原理，聚焦于光与物质在量子尺度下的相互作用机制、光场的统计特性以及在精密测量和信息技术中的应用。量子光学不仅是对经典电磁学和量子力学在光子层面上的延伸，更是理解光子作为基本信息载体的关键所在。 1. 量子场论的视角：量子电动力学（QED）的基石 要理解光场的量子本质，必须回归到量子场论的框架。本书将从规范场理论的角度审视电磁场的量子化，阐述光子作为玻色子场的激发态的物理图像。重点在于量子的概念如何取代经典的连续波描述，以及如何通过对场的对易关系进行量化来构建光场的基本算符——产生算符和湮灭算符。 我们将详细讨论光场的零点能及其物理意义，解析真空涨落如何成为量子光学现象的内在驱动力，例如自发辐射的起源。通过对光场哈密顿量的构建，特别是自由场哈密顿量和光-物质耦合哈密顿量的形式，为后续的动力学演化分析奠定基础。 2. 光场的量子态描述：相干态、压缩态与压缩相干态 描述光场特性的关键在于其量子态。本书将详尽介绍相干态（Coherent States，即原子钟或激光器的基态近似）的性质，分析其与经典电磁波的联系，并探讨压缩态（Squeezed States）在减小某一特定可观测量（如相位或幅度）噪声方面的突破性作用。 深入研究压缩相干态（CSs）及其变体，如光子数可调的Fock态和具有非经典特性的光场。我们将利用Wigner函数和P函数等准概率分布函数，来刻画这些非经典光场在相空间中的分布特征，清晰展示它们如何偏离经典泊松分布的限制。此外，对量子拉普拉斯算符的分析，将揭示量子光场在干涉和测量中的独特行为。 3. 光与物质的相互作用：从吸收到受激辐射 光与物质的相互作用是量子光学所有应用的物理基础。本书将细致分析半经典模型（如Lorentz振子模型在量子化后的应用）的局限性，并转向全量子化的相互作用。 核心内容包括对自发辐射、吸收和受激辐射的统一量子描述。我们将引入半导体晶格中的光子动力学，探讨在半导体量子阱或量子点结构中，光子与电子-空穴对（激子）之间的耦合机制。对于介质中的光传播，如光在原子或分子云中的散射，将结合密度矩阵理论，分析能级跃迁的概率和相干性的保持与退相干过程。 第二部分：量子相干性、退相干与噪声的控制 量子信息处理的前提是对相干性的精确控制和对噪声的有效抑制。本部分聚焦于系统动力学和开放系统理论。 4. 开放量子系统的动力学：林德布拉德方程及其应用 任何实际物理系统都不可避免地与环境耦合，导致能量耗散和相干性丧失（退相干）。本书将全面介绍描述开放系统演化的林德布拉德（Lindblad）主方程，阐述其在描述耗散、噪声注入和弛豫过程中的普适性。 我们将应用林德布拉德方程来精确建模激光器的振荡、量子点中的辐射复合以及腔体中光子的泄漏效应。通过分析具体的耗散算符（Jump Operators），可以定量地预测系统的稳态行为和瞬态响应，为设计高效率的光子源提供理论工具。 5. 退相干机制与量子噪声的抑制 深入剖析退相干（Decoherence）的物理根源，区分由光子损失、能级展宽（多普勒效应）和环境温度引起的去相位化。强调相干时间和退相干时间在评估量子器件性能中的关键作用。 着重探讨量子噪声的来源。在光场测量中，如光强或相位测量，噪声常常被标准量子极限（SQL）所限制。本书将展示如何利用压缩态光（尤其是压缩真空态）来突破SQL，实现超越标准量子极限（SUQL）的测量精度。这在引力波探测等超精密传感领域具有直接的指导意义。 第三部分：量子信息与量子光学的前沿交叉 量子光学是实现量子信息技术（如量子计算、量子通信和量子计量学）的物理平台。 6. 量子信息载体与光子逻辑门 光子因其传输速度快、抗干扰能力强（在光纤中）而被视为构建远距离量子通信网络的理想载体。本书探讨了单光子源（如量子点或基于NV中心的发射）的制备技术及其时间和频率的纯度要求。 在量子计算方面，重点分析如何利用光场的线性光学元件（如分束器、相位延迟片）来实现通用量子计算的基本操作。这包括对贝尔态的制备、贝尔测量的原理，以及基于线性光学效应的量子逻辑门（如CNOT门）的实现途径，讨论波函数投影测量在量子计算中的核心地位。 7. 量子计量学与传感 量子计量学利用了量子态的非经典特性来提高测量灵敏度。本书将介绍如何使用压缩态来提高光干涉仪（如LIGO）的信噪比，从而实现对引力、电磁场或时间频率的更精确探测。 此外，对量子成像和量子荧光技术的前景也将进行展望，讨论如何利用纠缠光子对进行鬼成像（Ghost Imaging），以及如何利用光场的非经典统计特性增强生物医学成像中的对比度和分辨率。 --- 总结： 本书为读者提供了一条从基础的量子电磁场理论出发，逐步深入到非经典光场态的制备与操控，最终延伸至光场在量子信息和超精密测量领域应用的完整知识体系。它强调对物理图像的深刻理解，并结合现代实验物理的前沿进展，旨在培养读者驾驭和设计下一代光电子和量子技术系统的能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值不仅仅在于它阐述了多少既有知识，更在于它激发了我对未来研究方向的思考。阅读完特定的章节后，我常常会停下来，思考这些理论在当前尚未解决的前沿问题中，还能提供哪些新的视角和可能的解决方案。作者在某些部分的论述中，留下的“空白”或“待完善之处”，反而成了最宝贵的财富，它们像灯塔一样指引着读者，鼓励我们进行更深层次的探索和创新。这种启发性远远超越了一本标准教材的范畴，它更像是一位资深导师在耳边低语，激发你主动去追问“为什么”和“接下来呢”，对于培养独立研究能力至关重要。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计实在让人眼前一亮，从拿到手里那一刻起，我就被它沉稳大气的封面设计所吸引。深邃的蓝色调，搭配着精致的烫金字体，散发着一种经典而专业的学术气息。书页的纸质也相当考究，触感细腻，拿在手中很有分量感，这对于一本严谨的专业著作来说，无疑是加分项。在长时间的阅读过程中，这种良好的触感让人心情愉悦，也更容易沉浸到知识的海洋中去。而且，书本的整体结构布局非常合理，章节之间的过渡自然流畅，使得即便是面对如此深奥的理论，读起来也不会感到过于晦涩难懂。细节之处彰显匠心，例如清晰的图表和准确的公式排版，都体现了出版社对学术质量的严格把控，这点非常值得称赞。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这本书的阅读过程充满了挑战，需要投入大量的时间和精力去反复研读和演算，绝对不是那种可以轻松翻阅的书籍。它要求读者具备扎实的数学基础和一定的物理直觉。然而，正是这种高强度的投入，带来了丰厚的回报。每一次成功的理解，都是对自身认知边界的一次拓展。这本书的权威性和系统性，使得它成为了我书架上那一类“需要时常翻阅、每次都有新收获”的典范。它所构建的知识体系是如此的扎实和完善，让人可以放心地将其作为自己后续学习和研究的终极参考，其学术价值是毋庸置疑的，绝对物超所值。

评分☆☆☆☆☆

从阅读体验的角度来看，这本书的行文风格非常独特，它不像某些教科书那样板着一副面孔，而是带着一种温和而坚定的引导性。作者似乎总能预见到读者可能产生的困惑，并在关键点上给出非常巧妙的提示和类比，使得那些原本抽象到近乎虚无的数学描述，被赋予了可以想象的物理意义。这种“润物细无声”的教学方式，极大地降低了理解高深理论的门槛。我尤其欣赏其中穿插的一些历史背景介绍，它们不仅丰富了知识的维度，也让人明白了这些理论是如何一步步演变而来的，充满了人文学科的温度，而不是冷冰冰的公式堆砌。

评分☆☆☆☆☆

这本书的理论深度令人印象深刻，它似乎不是那种浅尝辄止的科普读物，而是真正深入到物理世界最底层逻辑的探索。我花了大量时间去消化其中的概念，特别是关于场和粒子相互作用的描述，那种严谨的数学推导和对物理图像的深刻洞察力，真的让人对量子世界有了全新的认识。作者在构建理论框架时展现出的逻辑连贯性和内在一致性，简直是一场智力上的盛宴。每一次攻克一个复杂的定理，都会带来巨大的成就感，感觉自己仿佛触摸到了自然规律的脉络。对于那些有志于在光场研究领域深耕的学者或高年级学生来说，这本书无疑是一块坚实的垫脚石，其提供的理论基石是无可替代的。