量子光学 张智明 科学出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张智明 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030433701

商品编码：27410116931

包装：平装

出版时间：2018-01-01

图书基本信息
图书名称	量子光学	作者	张智明
定价	98.00元	出版社	科学出版社
ISBN	9787030433701	出版日期	2018-01-01
字数		页码
版次	31	装帧	平装
开本	128开	商品重量	0.4Kg

内容简介

量子光学是研究光场的量子统计性质、量子相干性质，以及光与物质相互作用中的量子效应的一门学科。本书重点介绍量子光学的基本内容，包括经典光场与原子的相互作用（光与原子相互作用的半经典理论）；光场本身的量子统计性质和量子相干性质；量子光场与原子的相互作用（光与原子相互作用的全量子理论）；耗散的量子理论以及量子光学实验中常用的物理系统。同时，简要介绍量子信息科学和冷原子物理。

作者简介

目录

编辑推荐

文摘

序言

好的，这是一份关于量子光学主题的，但不包含张智明《量子光学》（科学出版社）内容的、详尽的图书简介。 --- 《光量子探秘：从基础理论到前沿应用》 导言：穿越经典与量子的边界 自麦克斯韦方程组确立以来，经典电磁学在描述光与物质相互作用的宏观现象方面取得了辉煌成就。然而，当我们将目光投向原子尺度、探究黑体辐射、光电效应以及原子能级跃迁时，经典理论的局限性便暴露无遗。量子力学的诞生，特别是普朗克对能量量子化概念的引入，彻底革新了我们对光的本质认识。 本书《光量子探秘：从基础理论到前沿应用》旨在为读者提供一个全面、深入且富有洞察力的量子光学知识体系。它不满足于停留在对经典光学现象的简单修正，而是致力于构建一个坚实的理论框架，带领读者理解光子——这个光的量子载体——如何支配微观世界的互动，并驱动着当代科技的飞速发展。 本书的叙事逻辑清晰，从量子力学的核心概念出发，逐步过渡到量子光学特有的数学描述和物理图像，最终聚焦于当前最激动人心的实验技术与应用领域。 --- 第一部分：理论基石——量子力学与光场量化 本部分是构建量子光学理解的基石。我们首先需要理解描述微观粒子的基本语言。 1. 薛定谔方程与基本算符 我们将复习非相对论量子力学中的核心内容，包括波函数、概率解释、以及系统的哈密顿量。重点阐述算符的概念，如何用算符来代表可观测物理量（如位置、动量、能量）。 2. 自由场的量子化：从经典电磁场到量子电动力学（QED）的桥梁 经典电磁场理论中，电磁场被描述为一系列振子的叠加。量子光学的第一步，即是对这些经典振子进行量子化。我们将详细介绍正规排序（Normal Ordering）技术，以及如何引入产生算符（Creation Operator, $a^dagger$）和湮灭算符（Annihilation Operator, $a$）。这些算符是量子光学的核心数学工具，它们描述了光子——能量量子——的产生与消亡。 3. 量子态的描述：光子数态与相干态 光子的数量是量子光学的关键变量。本书将深入探讨光子数态（Fock States 或 Number States），理解其“光子数不确定性高，相位不确定性低”的特性。随后，我们将介绍对激光技术至关重要的相干态（Coherent States），理解它们与经典电磁波的对应关系，以及它们在熊积定理（Thouless Theorem）中的地位。 4. 不确定性原理在光场中的体现 在量子光学中，不确定性不再仅仅局限于位置与动量。我们将聚焦于相位与光子数之间的不确定性关系，并引入压缩态（Squeezed States）的概念，展示如何通过人为地抑制某一特定模式的量子涨落，从而实现对测量精度的突破。 --- 第二部分：光与物质的量子耦合——相互作用的精妙 量子光学最迷人的部分，在于描述光子与原子（或分子、量子点等）之间如何进行能量和信息交换。 1. 原子能级结构与光吸收/发射 回顾玻尔模型和更精确的量子力学对原子能级的描述。重点分析偶极跃迁的选择定则，理解为什么特定频率的光才能与原子发生有效耦合。 2. 半经典处理：半经典近似下的光与物质相互作用 在许多情况下，我们可以将光场视为一个给定的、不可量化的经典场，而将原子视为一个量子系统。本章详细分析二能级系统在经典光场驱动下的动力学行为，特别是拉比振荡（Rabi Oscillations）现象，这是理解光场操控原子态的基础。 3. 量子电动力学（QED）视角：自发辐射与受激辐射 为了准确描述光子的产生，必须将光场本身也量子化。我们将引入QED的框架，解释自发辐射这一纯粹的量子效应——即使在真空中，原子也会自发地发射光子，这是由真空涨落引起的。同时，深入探讨受激辐射的原理，这是激光技术的核心。 4. 介质中的光传播：散射、吸收与色散 介绍光通过介质时的量子效应，包括瑞利散射、汤姆孙散射等，并从微扰理论的角度推导物质的宏观光学性质（如折射率和吸收系数）与原子微观参数之间的关系。 --- 第三部分：从基础到尖端——量子光学的前沿应用 理论的价值最终体现在其解决实际问题的能力上。本部分将探讨量子光学如何驱动现代科学与工程领域的突破。 1. 激光物理学的深化 激光器的核心是受激辐射的粒子数反转。我们将超越基础的激光器原理，探讨非平衡态激光系统的动力学，以及超短脉冲激光的产生机理，如锁模技术。 2. 量子光学在计量学中的应用 高精度的测量是现代科学的基石。本书详细介绍如何利用压缩态光来突破标准量子极限（SQL），应用于引力波探测器（如LIGO/Virgo）的灵敏度提升。此外，探讨原子钟中利用量子光学技术实现的时间测量的极限。 3. 量子信息与量子计算的媒介 光子是实现远距离量子通信和构建某些类型量子计算机（如拓扑量子计算）的理想载体。本章将聚焦于： 单光子源的制备：如何高效地产生具有特定量子特性的单个光子。 量子纠缠光对的产生：通过自发参量下转换（SPDC）或自发四波混频（SFWM）产生纠缠光子，这是量子密钥分发（QKD）的基础。 线性光学量子计算（LOQC）：探讨如何仅用分束器、相位延迟器和光子探测器实现量子逻辑门。 4. 量子成像与传感 超越传统成像的极限，介绍量子增强成像技术，例如如何利用纠缠光子对的关联性，在低光照条件下实现高对比度的成像，以及在生物医学成像中减少光损伤的应用前景。 --- 结语：展望未来 量子光学正处于一个爆炸性增长的阶段，它不仅仅是物理学的一个分支，更是连接基础研究与未来科技的核心枢纽。本书旨在为读者，无论是高年级本科生、研究生还是科研人员，提供一个坚实、全面且与时俱进的知识平台，使他们能够理解和参与到这场光量子革命之中。通过掌握这些理论工具和前沿进展，未来的研究者将能够设计出更精密的实验，开发出更强大的技术，最终揭示宇宙更深层的量子规律。

评分☆☆☆☆☆

我是一个偏爱从实验角度理解理论的读者，而这本《量子光学》恰到好处地满足了我的偏好。虽然它是一本理论性的著作，但其根基牢牢扎在可观测的物理现象之上。作者在描述诸如光子探测、非线性光学效应时，总是能巧妙地将理论模型与实际的实验装置联系起来。他所选取的理论模型，大多是那些已经被实验验证过，并且在现代光电子学领域具有实际应用价值的范式。例如，他处理自发辐射的章节，不仅仅停留在速率方程层面，还深入探讨了腔QED（量子电动力学）对自发辐射速率的调控，这立刻将理论的深度和广度提升了一个层次。阅读过程中，我时常能联想到实验室里那些精密的仪器和光束的轨迹，理论的抽象性在具体情境的嵌入下，立刻变得“触手可及”。这本书的价值，不仅在于传授了知识，更在于它提供了一个极佳的理论框架，用以理解和设计未来的光学实验。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构布局简直是教科书编写的典范，清晰到令人赞叹。我注意到作者在章节之间的衔接处理得非常自然，仿佛在讲述一个连贯且不断深入的故事。举个例子，从麦克斯韦方程组的量子化到半导体激光器的半经典描述，中间的过渡是如此平滑，让人感觉每一步的逻辑推演都是不可避免的、必然的产物。对于一个需要兼顾教学和自我提升的读者来说，这种组织结构太友好了。我个人最喜欢的是作者在引入新的物理模型时，总是会先回顾前一个模型的局限性，这样既强化了旧知识，又自然地引出了新理论的必要性。而且，书中的插图和图示质量非常高，很多复杂的干涉和衍射现象，通过这些图形的辅助，瞬间就变得直观可懂。我几乎没有遇到过需要“猜测”作者意图的情况，信息的传达效率极高，大大节省了我的学习时间。

评分☆☆☆☆☆

这本《量子光学》的封面设计得非常引人注目，那种深邃的蓝色调仿佛直接将人拉入了微观世界的奇妙境地。我记得第一次翻开它的时候，就被作者行云流水的文字叙述深深吸引住了。他不像有些教材那样枯燥乏味，而是巧妙地将复杂的物理概念融入到清晰的逻辑脉络之中。初读下来，最大的感受是作者对物理直觉的培养极为重视，他总是在关键的地方给出精妙的比喻，让人茅塞顿开。特别是对光与物质相互作用基本图像的阐述，即便是我这个初涉量子光学领域的学生，也能迅速把握其核心思想。书中对相干态、压缩态这些概念的引入，处理得非常柔和，先从经典光学中的类比入手，逐步过渡到量子力学的严格描述，这种循序渐进的方式极大地降低了学习的门槛。我尤其欣赏作者在推导过程中对细节的把控，每一个数学步骤都交代得清清楚楚，丝毫没有因为追求简洁而牺牲掉严谨性。可以说，这本书为我打开了一扇通往现代光学实验和理论研究的坚实大门，让我对未来探索充满信心。

评分☆☆☆☆☆

老实讲，刚拿到手时，我对这样一本厚重的专业书籍抱有一种敬畏甚至畏惧的心态，生怕又是那种只会堆砌公式的“天书”。然而，实际阅读体验完全超出了我的预期。这本书的叙事节奏把握得非常好，它没有急于展示最高深的理论，而是花费了大量篇幅来“打地基”。我特别欣赏作者在讨论量子场论基础时所采取的独特视角，他似乎更侧重于物理图像的构建而非纯粹的数学形式美感。比如，他对量子噪声的分析，并非简单地给出爱因斯坦关系式，而是深入探讨了其背后的涨落物理，这对于理解激光的性能极限至关重要。书中后半部分关于量子信息和量子计算在光学中的应用探讨，虽然篇幅相对精炼，但选取的例子都极具代表性和前沿性，让人感受到作者对学科发展脉搏的精准把握。阅读过程中，我经常需要停下来，对照着其他参考资料去印证某些结论，但这并非因为作者讲得模糊，而是因为他提出的观点太具启发性，激发了我更深层次的思考和探究欲望。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉，更像是一位经验丰富的导师在你耳边娓娓道来，而非冷冰冰的知识灌输。作者的语言风格极其富有个人魅力，透着一股对物理学严谨而又充满热情的双重特质。他似乎非常擅长“去神秘化”那些看似遥不可及的量子现象。例如，在解释光场的量子化时，他没有直接跳到湮灭算符和产生算符的抽象代数操作，而是先从真空涨落的经典概率诠释入手，使得量子力学的随机性在光场中得到了一个非常具象的落脚点。这种深厚的教学功底，使得原本在其他教材中让我感到晦涩难懂的量子力学基础部分，在这里变得异常清晰和易于接受。我甚至发现，一些在其他专业课中遇到的困难，通过这本书的视角重新审视后，也得到了豁然开朗的解决。这本书不仅仅是知识的载体，更是一种思维方式的引导，教会你如何像一个真正的物理学家那样去观察和思考光。