Quantum Optics

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出版者:Oxford Univ Pr
作者:Fox, Mark
出品人:
页数:400
译者:
出版时间:2006-5
价格:$ 73.45
装帧:Pap
isbn号码:9780198566731
丛书系列:
图书标签:
  • 物理
  • 量子光学
  • quantum
  • 光学
  • optics
  • 非虚构
  • 量子光学
  • 光子
  • 量子力学
  • 电磁场
  • 原子物理
  • 腔量子电动力学
  • 非线性光学
  • 量子信息
  • 量子计算
  • 光学物理
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具体描述

Most previous texts on quantum optics have been written primarily for the graduate student market at PhD level and above. Quantum optics: an introduction aims to introduce a wide range of topics at a lower level suitable for advanced undergraduate and masters level students in physics. The text is divided into four main parts, covering modern topics in both pure and applied quantum optics: I Introduction and background material. II. Photons. III. Atom-photon interactions. IV. Quantum information processing. The emphasis of the subject development is on intuitive physical understanding rather than mathematical arguments, although many derivations are included where appropriate. The text includes numerous illustrations, with a particular emphasis on the experimental observations of quantum optical phenomena. Each chapter includes worked examples, together with 10-15 exercises with solutions. Six appendices are included to supplement the main subject material.

好的,这是一份名为《光场调控与应用前沿》的图书简介,旨在详细介绍该领域的前沿进展,同时完全避开《量子光学》的具体内容: 图书名称:《光场调控与应用前沿》 内容简介 本书是一部系统、深入探讨现代光学技术中“光场调控”这一核心主题的学术专著。全书立足于经典光学、电磁波理论与先进材料科学的交叉前沿,聚焦于如何精确设计、塑形和控制宏观乃至微米尺度光束的强度分布、相位结构以及偏振态,并阐述这些调控技术在信息科学、生物医学成像、精密制造等高新技术领域中的关键应用。 本书的撰写旨在为光学、物理学、电子工程以及材料科学等相关专业的研究人员、高年级本科生和研究生提供一个全面、前沿且具有实践指导意义的参考框架。 第一部分:光场调控的物理基础与数学描述 本部分奠定了光场调控所需的基本理论框架。我们首先回顾麦克斯韦方程组在各向异性介质和复杂结构中的应用,重点阐述波动光学中光场传播、衍射和干涉的经典理论。 光束场的数学表征: 详细解析了高斯光束、拉盖尔-高斯(L-G)光束和贝塞尔(Bessel)光束等典型光场模式的数学形式。深入探讨了这些模式在自由空间和复杂介质中传输时的特点,特别是其能量流密度和角动量特性。 傅里叶光学与相位空间理论: 深入讲解了傅里叶变换在光场调制中的核心作用,包括空间滤波和衍射光学元件的设计原理。引入了Wigner分布函数(WDF)和Ambiguity函数等工具,用于描述和分析光场在傅里叶空间(频率空间)和物理解释之间的映射关系,这是理解光场精确控制的关键。 偏振态的拓扑描述: 区别于传统的琼斯矩阵分析,本章引入了Poincaré球和Stokes参数来描述光的宏观偏振状态,并着重阐述了矢量光场,特别是奇异光束(如圆偏振光束的奇点结构)的偏振分布特征和拓扑荷概念。 第二部分:基于超材料和超表面(Metasurfaces)的结构化光场 现代光场调控的革命性突破很大程度上得益于亚波长结构的设计能力。本部分集中讨论如何利用超材料和超表面技术,在平面或近乎平面的结构上实现对光场相位、振幅和偏振的亚波长级控制。 超表面设计原理: 详述了基于几何相位(Pancharatnam–Berry 几何相位,P-B相位)和传播相位(Propagation Phase)的超表面单元设计策略。分析了不同类型单元结构(如V型缝隙、纳米柱阵列)对入射电磁波的耦合和响应机制。 平面光学元件的革新: 重点介绍了超表面在替代传统体光学元件方面的潜力。包括: 超透镜(Metalenses): 实现了对光场聚焦和成像的革命性小型化,讨论了其局限性如色差控制。 集成化偏振控制阵列: 阐述了如何通过单层超表面实现复杂的偏振态梯度分布,用于产生矢量光束。 动态可重构光场: 探讨了将可调谐材料(如液晶、相变材料或电响应材料)集成到超表面设计中,以实现光场在时间或空间上的实时、动态控制,这是实现自适应光学和全息显示的关键技术路径。 第三部分:高级光场塑形技术与角动量操控 本部分深入探讨了更复杂、更具功能性的光场调控技术,特别是与光束固有角动量(OAM)相关的研究。 螺旋相位板与空间光调制器(SLM): 详细介绍了利用SLM进行动态、高分辨率的光场写入和调制的技术。重点讲解了如何利用SLM加载数字全息图(DH)或涡旋相位板函数,实时生成具有特定强度分布和相位结构(如螺旋相位)的光束。 光束的轨道角动量(OAM)的产生与捕获: 深入解析了具有拓扑荷的光束所携带的轨道角动量特性,即光子自旋角动量与轨道角动量之间的分离与耦合。讨论了如何通过螺旋相位、环形光栅或特定耦合结构高效地产生高纯度的OAM模式。 非线性光学中的光场调控: 研究了在强光场作用下,介质的非线性响应如何被用于进一步塑形光场。包括自聚焦、自相位调制(SPM)在超快脉冲展宽和压缩中的作用,以及在光纤或介质中形成特定驻波结构的应用。 第四部分:光场调控的关键应用领域 本部分将理论与技术转化为实际应用,展示了精确光场控制在尖端科技中的不可替代性。 高速光通信与信息传输: 阐述了利用光束的OAM复用技术(Mode Division Multiplexing, MDM)来极大提高光纤通信的信道容量。讨论了如何设计高效的模式分离和检测系统,以实现不同OAM模式信号的独立传输和恢复。 精密光学制造与微纳加工: 介绍了利用高度聚焦的矢量光束(特别是高数值孔径下的偏振光场)在材料表面进行各向异性刻蚀或三维结构构建。重点分析了光镊技术中,光场梯度力如何被用来捕获和操控微米/纳米尺度的非球形颗粒。 先进生物医学成像与传感: 探讨了结构化光场在增强成像对比度和深度穿透方面的优势。例如,利用特定光场模式进行激发,实现对生物组织内特定分子标记物的高选择性检测,以及在计算成像(Computational Imaging)中利用编码光束简化采集过程的方法。 本书特色: 本书强调理论与实验的紧密结合,包含了大量近期的国际前沿研究成果和关键实验案例分析。它不仅梳理了当前光场调控的经典理论基础,更以前瞻性的视角,系统介绍了超表面、动态光学和拓扑光束等新兴技术如何重塑光场控制的可能性边界。全书行文严谨,图表丰富,适合作为深化学术研究的工具书。

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读后感

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说实话,我之前尝试过几本关于光学基础的书籍,往往在引入“量子”这个概念时就卡住了,那些教科书总是直接跳到复杂的狄拉克符号和哈密顿量,让人望而却步。然而,这本《量子光学》的处理方式简直是一股清流。它并没有一上来就轰炸你复杂的数学公式,而是花了大篇幅用极其直观的类比来构建量子场论的基础直觉。作者似乎非常懂得如何引导一个在经典物理学中有一定基础的读者平稳过渡。我特别喜欢其中关于“真空涨落”的讲解,它不像其他书那样只是简单地陈述公式,而是通过一个生动的实验场景来铺垫,让你‘感受’到真空并非空无一物。这种叙事性的教学方法,极大地降低了我的认知门槛,让我感觉自己真的在与一位耐心至极的导师对话,而不是被一堆冷冰冰的符号包围。对于那些希望真正理解量子光学‘为什么’如此运作,而不是仅仅会‘计算’的人来说,这本书的入门部分无疑是教科书级别的典范。

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这本书在讨论具体应用场景时,展现出了一种非常成熟和克制的学术态度。它不像某些商业化的科普读物那样过度渲染量子技术的‘魔力’,而是非常脚踏实地地分析了当前技术的局限性和工程上的挑战。比如,在谈到量子传感器的精度时,作者详细分析了由散粒噪声(Shot Noise)和散度(Dephasing)引起的根本性限制,并给出了相应的理论优化的上限。这种不拔高、不回避难点的写作风格,极大地增强了文本的可信度。我尤其欣赏作者对历史脉络的梳理,他清晰地界定了哪些是已经被实验证实的‘范式’,哪些是仍在探索中的‘前沿猜想’。这使得读者能够清晰地分辨哪些知识点是‘基石’,哪些是‘探索方向’。它不仅仅是知识的传递,更像是一种科学精神的熏陶,教导读者以严谨、审慎的态度去面对复杂的物理问题。这本书为我后续深入研究量子光学领域的特定分支,提供了一个极其坚实且全面的理论地图。

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这本书的封面设计相当引人注目,那种深邃的蓝色调,配上抽象的光子轨迹图样,立刻就抓住了我的眼球。我原本对这个领域知之甚少,但光是这装帧的质感,就让我有一种打开它就能触及宇宙奥秘的期待感。拿到手里沉甸甸的,翻开内页,纸张的触感也十分考究,不是那种廉价的纸张,细节处理得很到位。我尤其欣赏作者在章节标题的选择上,用了不少富有诗意的词汇,虽然主题是严谨的物理学,但阅读的过程却不至于让人感到枯燥。比如,某一章标题描述“光与物质的低语”,这种描述方式极大地激发了我的好奇心。虽然我还没有完全深入到数学推导的部分,但仅凭目前的阅读体验,它已经超越了我对一本专业教材的期待,更像是一部精心制作的艺术品。它的排版也十分清晰,图表的质量非常高,即便是初学者也能大致理解复杂的概念是如何被可视化呈现的。我期待接下来的内容能像这精美的外表一样,充满洞见和启发。

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阅读这本书的过程,对我而言,更像是一场智力上的马拉松,需要极大的专注力和恒心。它的论证逻辑链条极其严密,几乎没有可供跳跃的空间。每一个结论的得出都建立在扎实的前置推导之上,这对于追求逻辑自洽性的读者来说是莫大的享受,但也意味着你不能轻易地打断阅读节奏。我发现,如果只是走马观花地翻阅,很容易错过关键的数学步骤,然后后面的内容就会变得晦涩难懂。特别是涉及到路径积分表述(Path Integral Formulation)的那部分,作者构建了一个异常精妙的框架来连接薛定谔绘景和海森堡绘景,其推导过程犹如构建一座复杂的数学桥梁,每块基石都必须精确无误。我不得不反复回溯前面的内容来确保我对每一个符号的物理意义都领会透彻。这本书的价值在于它强迫你进行深度思考,它不是用来‘读完’的,而是用来‘钻研’和‘消化’的,是那种需要你反复在草稿纸上演算、在脑海中进行三维图像构建的经典之作。

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这本书的深度和广度,远超我预期的“入门读物”。当我翻到关于“纠缠态与量子信息”的那几章时,我简直惊呆了。它不仅涵盖了标准的林布利希(Lamb-Dicke)极限和饱和效应等基础内容,还深入探讨了当前最前沿的超导量子比特(Transmon Qubits)与腔量子电动力学(Cavity QED)的最新研究进展。作者显然是一位紧跟科研脉搏的学者,他没有满足于介绍已有的理论框架,而是将它们置于现代实验技术的背景下去考察。特别是关于高精度激光冷却和囚禁离子(Trapped Ions)的章节,描述得极为细致,甚至提到了不同波长激光的特定散射截面对冷却效率的具体影响。这表明作者在撰写时参考了大量的实验报告,而非仅仅是二手理论总结。对于一个有志于从事实验研究的博士生来说,这本书与其说是一本教材,不如说是一本高质量的、经过精心筛选的‘实验手册’和‘理论前沿指南’的结合体。

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我的QO启蒙书之二

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