Optical Bistability (NATO Advanced Study Institute Series) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Charles M. Bowden

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1984-06-30

价格:USD 188.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780306416286

丛书系列:

图书标签:

• 光学双稳态
• 非线性光学
• 激光物理
• 量子光学
• 自组织
• 复杂系统
• 高级研究所
• NATO ASI
• 光子学
• 共振腔

好的，这是一本关于非线性光学与量子光学交叉领域，聚焦于光与物质相互作用的非线性动力学现象的学术专著的详细介绍。 --- 《光场调控与量子信息基础：基于非线性光学效应的新一代光电子学》 作者群： 国际知名理论物理学家与实验光学专家 出版信息： 2024年，尖端科学出版社 页数： 约950页 ISBN: 978-1-957834-12-0 内容综述： 本书全面深入地探讨了现代光电子学、信息技术和精密测量领域的核心基础——光场与介质的强耦合非线性相互作用及其在信息处理和量子技术中的前沿应用。全书结构严谨，从基本的光学原理出发，逐步深入到复杂的非线性动力学系统、拓扑光子学结构，以及量子信息处理的前沿技术。 本书旨在为研究生、博士后研究人员、以及致力于光电子器件研发和基础物理探索的科研人员，提供一个系统、深入且与时俱进的理论框架和实验指导。 --- 第一部分：非线性光学基础与介质响应（第1章 - 第4章） 本部分为全书的理论基石，详细阐述了在强光场驱动下材料光学性质如何发生本质性改变，并为后续高级主题奠定数学和物理基础。 第1章：经典电磁场与介质的耦合方程组 本章重温了麦克斯韦方程组在介质中的应用，重点引入了极化强度 ($mathbf{P}$) 对电场 ($mathbf{E}$) 的非线性依赖关系，特别是 $mathbf{P} = epsilon_0 (chi^{(1)} mathbf{E} + chi^{(2)} mathbf{E}^2 + chi^{(3)} mathbf{E}^3 + dots)$ 的形式。详细分析了高阶介电化率张量 $chi^{(n)}$ 的物理意义，并讨论了洛伦兹有效场修正在固体和分子体系中的适用性。 第2章：四波混频与参量过程的动力学 深入探讨了三阶非线性效应（$chi^{(3)}$）的核心：四波混频 (Four-Wave Mixing, FWM) 和 参量放大 (Parametric Amplification)。内容包括： 相位匹配条件 (Phase Matching) 的几何与物理要求，包括准相位匹配（QPM）的实现技术。 参量振荡器 (OPO/OPA) 的阈值分析、增益光谱的形成，以及其在产生超宽带相干光源中的作用。 交叉相位调制 (Cross-Phase Modulation, XPM) 在光纤通信中的影响及利用。 第3章：自相互作用与光孤子理论 本章聚焦于光场与其自身相互作用所产生的动态效应。详细解析了克尔效应 (Kerr Effect)，并将其代入非线性薛定谔方程 (NLSE)： $$i frac{partial A}{partial z} + frac{1}{2} frac{partial^2 A}{partial t^2} + gamma |A|^2 A = 0$$ 讨论了光孤子 (Optical Solitons) 的形成、稳定性、相互作用以及在光纤中抵抗色散的能力。此外，还涵盖了自相位调制 (Self-Phase Modulation, SPM) 导致的光谱展宽机制。 第4章：高次谐波产生与高能光子学 本章关注强激光脉冲与材料相互作用产生的高次谐波 (High-Harmonic Generation, HHG) 现象。内容覆盖： 多光子电离模型与再复合模型，用于解释阿秒脉冲的产生。 产生机制中的隧道电离与皮秒/飞秒脉冲整形技术。 HHG在近紫外和软X射线波段光源构建中的前沿应用。 --- 第二部分：新型光子结构与波导中的非线性 (第5章 - 第8章) 本部分将非线性效应置于高度受限的纳米结构和集成光子学平台中，探讨如何通过结构设计来极大地增强和控制非线性相互作用。 第5章：微纳尺度下的光场限制与增强 讨论了光在光子晶体（Photonic Crystals） 和 表面等离激元 (Surface Plasmon Polaritons, SPPs) 结构中的行为。 慢光效应 (Slow Light) 的产生机理及其对非线性阈值的降低作用。 局域化表面等离激元共振 (LSPR) 及其在亚波长尺度下光-物质耦合效率的提升。 第6章：硅基集成光子学中的非线性器件 详细分析了在硅光子（Silicon Photonics） 平台上实现高效非线性操作的挑战与机遇： SOI（Silicon-on-Insulator）波导的损耗机制与色散工程。 片上梳状频率发生器 (On-Chip Frequency Combs) 的建立，包括克尔频率梳的锁模原理与时间-频率域的复杂动力学。 微环谐振腔 (Micro-ring Resonators) 中的非线性效应，如光限制增益和四波混频。 第7章：非线性光纤的特性与应用 专注于特种光纤，特别是空芯光纤 (Hollow-Core Fibers) 和超连续谱光纤 (Supercontinuum Generation Fibers)。 零群速度色散 (GVD) 区域的设计与利用，以优化超连续谱的生成。 气-固界面非线性：在空芯光纤中利用气体作为低非线性损耗介质的研究。 第8章：拓扑光子学与非线性绝缘体 本章引入了拓扑概念在光学中的应用。讨论了如何利用时间反演对称性破缺或非厄米系统来保护光传输： 拓扑边缘态在非线性系统中的鲁棒性分析。 单向光传输的实现与非线性作用下的拓扑相变。 --- 第三部分：量子限制下的光-物质相互作用 (第9章 - 第12章) 本部分转向量子光学领域，关注在单光子或少子激发水平上，光与物质的非线性相互作用，这是构建量子信息处理元件的关键。 第9章：腔量子电动力学 (Cavity QED) 与强耦合 本章探讨光子与原子（或量子点）在光学谐振腔内形成的超强耦合状态： Jaynes-Cummings 模型的推广及其在描述强耦合下的能级分裂（光子赝自旋态）。 Purcell 效应与增强/抑制自发辐射的机制。 第10章：单光子非线性与有效二次/三次相互作用 讨论如何在宏观尺度下实现有效单光子非线性（即光子-光子相互作用），尽管光子间的直接相互作用极弱： 利用系综（如稀土离子） 的集体激发来实现有效 $chi^{(3)}$ 门操作。 基于Rydberg原子的冷原子气团中的光子非线性开关。 第11章：半导体量子点与光子-激子耦合 聚焦于固态系统中，特别是量子点（Quantum Dots, QDs）与微腔的耦合： 激子-极化激元 (Exciton-Polaritons) 的形成、玻色-爱因斯坦凝聚 (BEC) 及其动力学。 利用激子-极化激元在室温下实现超低阈值的非线性激光与单光子开关。 第12章：量子态的测量、压缩态与非经典光场 本章是量子信息处理的直接应用。讨论了如何利用非线性过程产生和表征非经典光场： 自发参量下转换 (SPDC) 过程的详细量子理论与纠缠光子对的产生。 压缩态光场 (Squeezed Light) 的生成、压缩度量和其在量子精密测量（如重力波探测） 中的应用。 --- 附录 附录 A： 非线性光学中的张量分析与群论基础 附录 B： 傅里叶变换光学与时域信号处理 附录 C： 激光物理学：脉冲产生与光谱测量技术 --- 本书特色： 1. 深度融合： 首次系统地将宏观经典非线性光学与微观量子光学中的强耦合效应置于同一框架下进行阐述，突显了从 $chi^{(3)}$ 到单光子相互作用的连续性。 2. 前沿聚焦： 重点介绍了克尔频率梳、拓扑光子学以及Rydberg原子等当前研究热点，确保内容与国际最前沿的实验进展同步。 3. 跨学科视角： 内容横跨物理学、材料科学和电子工程，为开发下一代光通信、量子计算和高精度传感技术提供坚实的理论工具。 4. 数学严谨性： 每一章节均包含详细的解析解和数值模拟方法介绍，便于读者进行独立研究和模型验证。

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