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出版者:Cambridge University Press

作者:Marlan O. Scully

出品人:

頁數:656

译者:

出版時間:1997-09-28

價格:USD 100.00

裝幀:Paperback

isbn號碼:9780521435956

叢書系列:

圖書標籤:

• 量子光學
• 物理
• 研究生教材
• 物理學
• 光學
• 量子
• Optic
• physics
• Quantum Physics
• Optics
• Photonics
• Quantum Mechanics
• Interference
• Superposition
• Light
• Matter
• Wave-Particle Duality

《量子光學》 前言 自古以來，人類便對光與物質的相互作用充滿瞭好奇。從古希臘哲學傢們的思辨，到牛頓對光的粒子說的探索，再到惠更斯對光的波動說的闡述，光的研究經曆瞭漫長而麯摺的曆程。然而，直到20世紀初，量子力學的曙光纔真正照亮瞭光的本質，揭示瞭其既具有粒子性又具有波動性的奇特雙重屬性。量子光學，正是基於量子力學原理，深入研究光與物質相互作用的學科。本書旨在係統地梳理和介紹量子光學領域的核心概念、基本理論、關鍵實驗以及前沿進展，為讀者提供一個全麵而深入的學習視角。 第一章：光子——量子的世界 本章將從光子的概念齣發，開啓量子光學之旅。我們將迴顧普朗剋量子假設的劃時代意義，解釋光電效應如何證明光的粒子性，以及康普頓散射如何進一步鞏固瞭光子的概念。通過對黑體輻射和光子的能量、動量進行深入分析，我們將建立起對微觀世界基本粒子的初步認識。 1.1 量子假設的誕生： 探討普朗剋為解決黑體輻射難題而提齣的能量量子化假設，這被視為量子力學的開端。 1.2 光電效應的啓示： 詳細闡述愛因斯坦對光電效應的解釋，引入光子概念，分析光子的能量與頻率的關係 ($E = h u$)。 1.3 康普頓散射的驗證： 介紹康普頓散射實驗，通過分析光子與電子碰撞後的動量守恒和能量守恒，進一步證實光子的粒子性。 1.4 光子的性質： 總結光子的質量（靜止質量為零）、自鏇、全同性等基本屬性。 1.5 量子場的初步概念： 為後續章節鋪墊，引入量子場論的思想，將光視為電磁場的量子激發。 第二章：相乾性——光的秩序之美 光的相乾性是描述光波之間關聯程度的重要概念，它在乾涉、衍射等現象中扮演著核心角色。本章將深入探討光的相乾性，區分相乾光與非相乾光，並介紹相乾性的錶徵方法，為理解激光等相乾光源打下基礎。 2.1 經典相乾性概念： 從經典電磁波的角度齣發，介紹相乾性的定義，包括時間相乾性和空間相乾性。 2.2 相乾度的度量： 引入自相關函數和互相關函數等概念，量化描述光波的關聯程度，例如 the degree of coherence。 2.3 相乾光的産生： 討論如何産生具有高相乾性的光源，例如單色性極好的點光源。 2.4 相乾性與乾涉、衍射： 解釋相乾性如何影響乾涉條紋的可見度和衍射圖樣的清晰度。 2.5 相乾性在量子光學中的意義： 強調相乾性在量子信息處理、量子傳感等領域的重要性。 第三章：光與物質的相互作用——量子之舞 光與物質的相互作用是量子光學最核心的研究內容。本章將深入探討原子、分子等微觀粒子與光子之間的能量交換過程，包括吸收、受激發射和自發發射。我們將分析這些過程的量子力學描述，並引齣激光器的工作原理。 3.1 量子躍遷模型： 基於玻爾模型和更完善的量子力學，解釋原子能級結構以及電子在能級間的躍遷。 3.2 吸收過程： 詳細描述光子被原子吸收，導緻電子躍遷到高能級的機製，引入吸收截麵等概念。 3.3 受激發射： 解釋當原子處於激發態時，受到與躍遷能量相匹配的光子激發，釋放齣另一個完全相同的光子，這是激光産生的基礎。 3.4 自發發射： 描述原子在激發態隨機衰減到低能態，並發射光子的過程，這是非相乾光源的主要發光機製。 3.5 速率方程： 引入Einstein的速率方程，定量描述吸收、受激發射和自發發射的速率，為理解激光增益提供理論框架。 第四章：量子態與量子統計——微觀世界的概率 在量子世界中，描述一個係統的狀態需要用到概率。本章將介紹量子態的概念，包括相乾態、壓縮態等，並探討光子的統計性質，如玻色-愛因斯坦統計。理解這些概念對於掌握量子光學中的非經典現象至關重要。 4.1 量子態的錶示： 介紹狄拉剋符號，以及如何用態矢量來描述一個量子係統的狀態。 4.2 相乾態： 詳細分析相乾態，其光子數分布接近泊鬆分布，是經典光場的一個良好近似。 4.3 壓縮態： 介紹壓縮態，這是量子光學中的一種非經典態，其某個算符的漲落低於其經典極限，是實現超高精度測量的關鍵。 4.4 玻色-愛因斯坦統計： 解釋全同玻色子的統計規律，光子作為玻色子，遵循玻色-愛因斯坦統計，這解釋瞭某些光源的性質。 4.5 光子數算符與位置算符： 介紹描述光子數的算符，以及它們之間的對易關係，體現瞭量子力學的基本結構。 第五章：激光——相乾光的璀璨之星 激光，作為量子光學最成功的應用之一，徹底改變瞭光學領域。本章將深入剖析激光器的基本原理，包括粒子數反轉、閾值條件、諧振腔的作用以及不同類型的激光器。 5.1 激光器工作原理： 結閤前幾章的知識，係統闡述激光器實現受激發射、粒子數反轉、諧振腔反饋、增益飽和等關鍵環節。 5.2 粒子數反轉的實現： 討論如何通過泵浦機製實現工作物質中下能級粒子數少於上能級粒子數，從而獲得增益。 5.3 激光閾值條件： 分析激光輸齣需要滿足的增益大於損耗的條件。 5.4 諧振腔的作用： 講解諧振腔如何增強受激發射，並通過選擇性地放大特定模式來獲得單色性和方嚮性。 5.5 激光器類型： 介紹不同類型的激光器，如氣體激光器、固體激光器、半導體激光器等，以及它們的特性和應用。 5.6 激光的應用： 簡要列舉激光在科研、工業、醫療、通信等領域的廣泛應用。 第六章：量子光學實驗——洞察微觀世界的窗口 量子光學實驗是驗證理論、探索新現象的基石。本章將介紹一些經典的和現代的量子光學實驗，包括但不限於雙縫乾涉實驗（量子版本）、單光子探測、量子糾纏的製備與測量等。 6.1 量子乾涉實驗： 探討單光子通過雙縫後的乾涉現象，進一步證明光的波粒二象性。 6.2 單光子探測技術： 介紹如何有效地探測單個光子，這是許多量子光學實驗的基礎。 6.3 量子糾纏的製備： 講解如何通過非綫性光學效應等方法製備糾纏光子對。 6.4 量子糾纏的測量： 介紹貝爾不等式檢驗等實驗，證明瞭量子糾纏的非定域性。 6.5 量子態層析： 討論如何通過一係列測量來重構一個量子態的完整信息。 第七章：量子光學前沿——探索未知領域 量子光學領域仍在不斷發展，湧現齣許多激動人心的新方嚮。本章將對一些前沿課題進行介紹，如量子信息處理（量子計算、量子通信）、量子精密測量、腔量子電動力學等。 7.1 量子信息科學： 介紹如何利用量子疊加、量子糾纏等特性進行量子計算、量子通信和量子密碼學。 7.2 量子計量學： 探討如何利用量子效應提高測量精度，例如在引力波探測、原子鍾等領域。 7.3 腔量子電動力學 (Cavity QED)： 研究光子與處於微腔中的原子之間的強耦閤效應，是實現量子邏輯門和量子態製備的重要平颱。 7.4 量子熱力學： 將量子力學原理應用於熱力學研究，探索微觀尺度下的能量轉換和信息處理。 7.5 新型量子光源： 介紹單光子源、糾纏光子源等新型光源的最新進展。 結論 量子光學是一門既基礎又前沿的學科，它不僅深刻地改變瞭我們對光本質的理解，更孕育著顛覆性的技術革命。從理解微觀粒子的奇妙行為，到駕馭光子的量子特性，本書力求為讀者提供一個全麵而係統的學習框架。希望通過本書的學習，讀者能夠領略量子光學世界的博大精深，並激發對這一領域的進一步探索熱情。 緻謝 （此處可以根據實際情況添加緻謝內容，例如感謝相關研究人員、機構或基金的支持。）

評分☆☆☆☆☆

There are variety textbooks about quantum optics, among which this is one of the best. Scully start his teaching from the quantizem of electromegnetic field where creation and annihilation operators were introdued. The whole book is based on this language, ...

評分☆☆☆☆☆

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評分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

這本書的習題部分，我必須要給一個中肯的評價，那就是“仁者見仁，智者見智”。對於那些以深入研究為目的的讀者來說，這些習題簡直是寶藏，它們設計得巧妙且富有挑戰性，常常需要你將書本中分散的知識點融會貫通纔能解齣。然而，對於僅僅想瞭解基本概念的讀者來說，這些習題可能會成為一座難以逾越的高牆，直接跳過又會覺得似乎錯失瞭精髓。我個人嘗試做瞭幾道，每道題的背後都蘊含著對某一特定物理情境的深刻洞察。唯一的遺憾是，解答部分沒有附帶太多的過程提示，這使得在卡殼時，缺乏一個及時的“拐杖”。但這或許也是作者的良苦用心，強迫讀者進行更深層次的自我探索，真正做到“學以緻用”，而非依賴於標準答案的指引。

评分☆☆☆☆☆

與其他同類書籍相比，我發現這本在“應用前沿”的探討上顯得尤為剋製和審慎。它沒有過度渲染諸如量子計算或量子通信的“未來感”，而是將重點牢牢釘在瞭基礎物理原理的闡述上。作者更像是一位堅定的基礎科學捍衛者，他確保讀者在理解瞭光與原子相互作用的本質規律之後，再去看待那些高精尖的技術時，能擁有一個無比堅實的基座。當他提及一些現代實驗裝置時，描述也總是迴歸到其背後的基本光場調控和噪聲抑製原理，而不是陷入技術參數的泥潭。這種“迴歸本源”的寫作哲學，在我看來，是這本書最寶貴之處。它教會我，真正的創新，源於對最基本原理最深刻的洞察，而不是對最新技術的熱衷追逐，讀完後，我對科學的敬畏感油然而生。

评分☆☆☆☆☆

我花瞭整整一個周末來啃這本書，坦白說，有些部分我必須得承認，需要反復閱讀和對照其他資料纔能完全消化。這絕不是那種可以輕鬆瀏覽的“快餐讀物”，它需要你投入時間和精力去思考，去‘感受’那些抽象的物理圖像。特彆是關於相乾性（Coherence）和量子糾纏（Entanglement）的那幾章，作者似乎故意設置瞭一些思維陷阱，他用非常嚴謹的語言挑戰瞭我們對經典物理的直覺認知。我特彆欣賞作者在論證中毫不避諱地展示瞭理論的復雜性，而不是為瞭迎閤大眾而簡化到失去本質。書中的圖錶製作得非常精良，那些復雜的能級圖和光場演化示意圖，雖然初看令人頭疼，但一旦理解瞭背後的物理意義，就會發現它們是理解整個理論框架的“地圖”。總的來說，這本書更像是一次智力上的攀登，雖然過程艱辛，但登頂後俯瞰到的風景絕對是令人震撼的。

评分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計簡直是藝術品，那種深邃的藍色和銀色的字體搭配，立刻讓人聯想到宇宙的浩瀚與微觀世界的精妙，翻開扉頁，那種紙張的質感也透露著一種沉穩和專業。我原本以為這是一本晦澀難懂的教材，但讀進去之後纔發現，作者的敘述方式簡直是化繁為簡的大師。他沒有一開始就拋齣一堆復雜的數學公式，而是從非常直觀的現象入手，比如光與物質的相互作用是如何在我們日常生活中顯現的。這種由淺入深的講解方式，讓我這個物理背景不是特彆紮實的人也能跟得上節奏，尤其是在介紹光子的概念時，那種描述的畫麵感極強，仿佛我真的能“看到”單個光子在空間中跳躍、被原子吸收和釋放的過程。全書的結構組織得極其清晰，章節之間的邏輯銜接天衣無縫，讀完一個概念，自然而然地就會對下一個概念産生好奇心，讓人根本停不下來，感覺就像是在跟隨一位經驗極其豐富的嚮導，穿梭在一個邏輯嚴謹又充滿美感的知識迷宮中，收獲遠超預期。

评分☆☆☆☆☆

說實話，這本書最讓我驚喜的地方在於它對“曆史背景”的梳理。很多科普書或者入門教材，上來就直接講最新的理論和公式，忽略瞭這些知識是如何一步步發展起來的，這會讓讀者錯過很多理解的樂趣。這本書卻花瞭不少筆墨介紹玻爾、愛因斯坦等先驅們在早期對光本質的爭論，以及那些標誌性的實驗是如何一步步將我們推嚮現代量子光學的。這種敘事手法，極大地增強瞭知識的“人情味”，讓我明白，這些偉大的理論不是憑空齣現的，而是充滿瞭探索者們的熱情、懷疑、乃至爭執。讀起來，我感覺自己像是在參與一場跨越世紀的學術對話，而不是冷冰冰地學習一套既定規則。這種對思想演變的關注，使得全書的閱讀體驗更加立體和豐滿，也讓我對物理學傢的工作狀態有瞭更深層次的理解。

评分☆☆☆☆☆

“Scully書有將近一半的篇幅是介紹他和他的學生發展起來的專題，比如無反轉激光（LWI）、Micromaser、Correlation emission laser等等（還有chap15、20、21）”

评分☆☆☆☆☆

半經典模型很有用，全量子部分還需努力

评分☆☆☆☆☆

竟然在本科的時候用過這本教材上課，當時的老師曾到過作者之一那裏作訪問，後來我也見過另一個作者，嗬嗬～ 世界真小

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1/3

评分☆☆☆☆☆

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