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出版者:高等教育出版社

作者:高春清

出品人:

页数:328

译者:

出版时间:2004-7-1

价格:25.70

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787040145670

丛书系列:

图书标签:

• 激光原理
• 激光技术
• 光学
• 物理学
• 光电子学
• 激光应用
• 半导体激光
• 光纤激光
• 非线性光学
• 激光器

现代量子光学导论：从基础到前沿应用 本书内容： 本书旨在为高等院校物理、光学、电子工程等专业的本科高年级学生及研究生提供一本系统、深入的现代量子光学教材。它不仅涵盖了量子光学的基础理论，更将重点放在了当前该领域的前沿研究方向和实际应用，力求在理论深度与工程实用性之间找到最佳平衡点。 第一部分：量子光学基础与经典光学回顾 本部分首先对光学基础知识进行回顾与提升，为理解量子概念奠定基础。 第一章：电磁波理论与经典光的波动性 回顾麦克斯韦方程组在介质中的应用，深入探讨光的偏振态（包括琼斯矢量和穆勒矩阵描述），并详细分析光的干涉、衍射现象（如夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射）。重点讲解傅里叶光学，将波动光学问题转化为傅里叶变换域内的处理，为相干光信息处理打下理论基础。 第二章：光与物质相互作用的半经典描述 引入光子概念，但仍采用经典电磁场描述光场。重点分析原子（或分子）在经典光场驱动下的动力学行为。详细讲解玻尔模型到更精确的能级结构，特别是二能级系统在单频光场下的吸收、受激发射和自发辐射速率，导出爱因斯坦的 $A$ 和 $B$ 系数关系。探讨光的压力和光漂移效应的经典宏观描述。 第三章：量子力学基础回顾与光量子的引入 为量子光学做好准备，本章简要回顾量子力学的基本公设、算符的概念、薛定谔方程的建立与求解。随后，正式引入光场的量子化概念，阐述光的电磁场算符的对易关系。解释光子作为能量子和动量子的物理意义。通过对电磁场零点能的讨论，引导读者理解量子真空的特性。 第二部分：量子力学的核心——量子场论与光场描述 本部分是本书的理论核心，专注于如何用量子力学语言精确描述光场。 第四章：量子谐振子与光场的量子化 将电磁场视为无限多个耦合的谐振子。详细推导通过升降算符（创建和湮灭算符）对电磁场进行量子化的过程。精确定义光子态——福克态（或粒子数态）。深入分析光子的量子数、能量和动量算符。 第五章：相干态、压缩态与非经典光 介绍相干态（Coherent States）作为经典电磁场最佳量子近似的性质，包括其泊松分布的强度统计，并分析其与经典光场的关联。重点引入压缩态（Squeezed States），推导压缩态的产生机制、不确定性原理的重新表述（相位和振幅压缩），以及它们在降低量子噪声方面的潜力。讨论单光子态、猫态等其他重要的非经典光态。 第六章：光场测量与量子噪声 讨论光场测量的基本原理，特别是光电探测过程的量子力学描述。引入“测量后态坍缩”的概念。详细分析量子噪声的来源，包括散粒噪声（Shot Noise）和真空噪声。对比经典描述中的热噪声，阐明量子限制（Standard Quantum Limit, SQL）的物理意义，为下一部分介绍压缩态的应用做铺垫。 第三部分：光与物质的强相互作用：原子操控 本部分将量子光场与原子、离子的相互作用作为核心，展示如何利用精细的量子控制实现对物质的操控。 第七章：半经典与量子驱动下的原子动力学 在量子场背景下重新审视光与物质的相互作用。详述拉比振荡（Rabi Oscillation）的物理图像和数学描述。引入密度矩阵形式，分析自发辐射的速率方程和弛豫过程。讨论共振荧光、光致透射等现象的量子理论解释。 第八章：激光原理的量子电动力学视角 从半经典模型（如速率方程）过渡到更精确的量子电动力学（QED）描述。详细推导受激发射和吸收的微扰理论。重点分析激光振荡的阈值条件和增益特性，从量子统计角度理解反转粒子数的重要性。探讨激光器中的线型展宽机制（多普勒展宽、自然线宽等）。 第九章：激光冷却与囚禁 全面介绍基于多普勒效应的原子减速技术，包括辐射压力和光梯度力。详细讲解磁光阱（Magneto-Optical Trap, MOT）的工作原理，利用偏振梯度力实现亚温标冷却（如Sisyphus冷却）。讨论进一步的超冷技术，如蒸发冷却和侧向囚禁的原理。 第十章：光镊与光镊中的单原子操控 深入探讨梯度力在介质中的作用，推导光镊（Optical Tweezers）的捕获条件。分析拉盖尔-高斯光束和贝塞尔光束的动量结构，解释如何实现对微米甚至纳米尺度物体的三维力学操控。讨论在光镊中囚禁的单原子或单分子的动力学行为与光谱测量。 第四部分：前沿应用与新兴领域 本部分聚焦于现代量子光学技术在信息科学、计量学和基础物理中的突破性应用。 第十一章：量子信息与量子计算的物理基础 介绍量子比特（Qubit）的物理实现及其相干性要求。阐述量子门操作的物理机制，特别是如何利用激光脉冲实现单比特和两比特逻辑门。讨论量子隐形传态（Quantum Teleportation）的原理，以及量子纠缠在信息传输中的角色。 第十二章：高精度量子计量与传感 详细阐述如何利用非经典光（如压缩态）突破经典测量精度极限（标准量子极限）。讨论基于原子钟的精密测量技术，特别是利用腔QED增强原子与光的相互作用，以提高时间频率标准的精度。介绍原子干涉仪在重力测量和惯性导航中的应用。 第十三章：腔量子电动力学（Cavity QED） 研究光场在有限尺寸谐振腔内与单个原子或量子点强耦合的现象。讲解腔内场的量子化和模式选择性。深入分析强耦合区（Purcell效应）和超强耦合区（Jaynes-Cummings模型），以及如何利用腔作为量子开关和频率转换器。 第十四章：非线性光学与超连续谱的量子起源 回顾第二、三阶非线性光学效应（如倍频、和频、参量下转换）。重点讨论参量下转换（SPDC）在产生纠缠光子对中的核心作用。引入超连续谱（Supercontinuum Generation）的产生机制，并探讨其在皮秒量级时间分辨光谱学中的应用潜力。 附录： A. 常用数学工具回顾（张量分析、特殊函数） B. 量子力学算符代数详解 C. 常见原子能级结构与跃迁选择定则 本书的结构设计确保了读者能够从扎实的经典光学基础出发，逐步深入到量子场论的复杂性，最终掌握现代量子光学在技术前沿的应用能力。语言力求严谨精确，结合大量图示和例题，以帮助读者透彻理解复杂的物理概念。

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这本《激光原理与技术》简直是为我这种初学者量身定做的，翻开第一页我就被它的亲切感所吸引。作者显然非常清楚我们这些非专业人士在接触这个领域时会遇到哪些难点，所以从最基础的光学概念讲起，循序渐进地搭建起了理解激光的知识框架。比如，它对“受激辐射”这个核心概念的解释，不是那种干巴巴的教科书式定义，而是通过非常生动的比喻和图示来阐述，我甚至能在脑海中构建出一个微观粒子跃迁的模型。它没有一上来就抛出复杂的数学公式，而是先用直观的物理图像引导你理解现象背后的本质。读完前几章，我对激光的产生机制已经有了个大概的轮廓，这极大地增强了我的学习信心。后续章节对不同类型激光器（如气体激光器、半导体激光器）的介绍，也处理得井井有条，不至于让读者在繁杂的器件结构中迷失方向。总的来说，这本书的叙述方式非常照顾读者的接受程度，读起来像是经验丰富的老师在身边耐心讲解，而不是冷冰冰的知识堆砌，为我后续深入学习打下了极其坚实的基础。

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我必须承认，这本书在深入探讨激光器工作原理的细节方面，展现出了令人敬佩的专业深度和严谨性。对于那些已经掌握了基础光电知识，希望将理论应用于实际工程设计的人来说，这本书的价值是无可替代的。特别是在描述腔内光场分布和稳定腔理论时，作者毫不避讳地引入了矩阵光学方法和波动光学理论，这使得对激光束质量（如M平方因子）的量化分析变得有迹可循。我尤其欣赏它对“非线性光学效应”这一前沿领域的介绍，内容详实，不仅涵盖了基本的倍频、参量振荡，还触及了超快激光技术中涉及的克尔透镜锁模机制的物理基础。书中对各种优化策略和性能指标的讨论，逻辑链条清晰，图表制作精良，很多关键公式的推导过程都给出了详尽的步骤，这对于进行仿真建模和实验数据拟合的工程师来说，简直是宝典级别的参考资料。它不是一本让你“了解”激光的书，而是一本指导你“设计”和“优化”激光系统的手册。

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对我而言，一本好的技术书籍，其价值不仅在于它告诉我们“是什么”，更在于它能激发我们思考“为什么会这样”以及“如何做得更好”。这本《激光原理与技术》在这方面做得非常出色，它在每一章的结尾都设置了“开放性思考题”或“前沿展望”部分，这些内容往往不直接给出标准答案，而是引导读者去探索当前研究的瓶颈和未来的发展方向。例如，在讨论高功率半导体激光器阵列的散热问题时，书中提出的几种创新性冷却架构，以及对下一代增益介质材料的设想，都具有强烈的启发性。它不是一本让你看完就束之高阁的书，而是会让你在合上书本后，仍能持续思考如何优化现有系统、突破性能极限。这种对读者思维深度的挖掘和引导，使得这本书超越了一本普通的参考资料，更像是一个激发创新灵感的智力伙伴。

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说实话，我最初是带着一种略微怀疑的心态拿起这本《激光原理与技术》的，因为市面上很多声称涵盖“技术”的书，往往在“技术”的深度上有所欠缺。然而，这本书在讨论激光在不同应用场景中的具体实现时，展现出了令人眼前一亮的洞察力。比如，关于激光加工中的热效应控制，它不仅提到了热透镜效应，还深入分析了不同激光波长与材料吸收系数之间的微妙关系，并配有大量的实际案例曲线图，这些图表极具说服力，远超一般教科书的泛泛而谈。再比如，在生物医学应用一章中，它对飞秒激光在眼科手术中的优势进行了细致的剖析，着重强调了其超快脉冲带来的非线性效应，这使得原本感觉遥不可及的前沿技术，变得具体可感。这本书的价值在于，它成功地架设了基础物理理论与尖端工程实践之间的桥梁，让读者清楚地看到理论是如何转化为改变世界的工具的。

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从一个技术文档编辑的角度来看待这本《激光原理与技术》，我关注的焦点更多在于它的结构组织和信息的可检索性。这本书的排版设计非常专业，页边距和字体选择都保证了长时间阅读的舒适度，这在厚重的技术书籍中是难能可贵的。更重要的是，它的索引部分做得极其到位，几乎每一个重要的技术术语，无论是“增益带宽”还是“阈值泵浦功率”，都能在索引中迅速定位到其在书中的首次出现和核心讨论的章节，这大大提高了查阅效率。章节之间的逻辑过渡自然流畅，从宏观的原理到微观的器件，再到实际的应用案例，这种自顶向下的组织结构，使得读者在进行跨章节信息交叉引用时，不会感到断裂感。它体现了一种成熟的技术出版理念：知识的传授不仅要内容扎实，更要便于使用者在实际工作中快速获取所需信息。

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