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页数:511

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出版时间:2010-4

价格:65.00元

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isbn号码:9787509133743

丛书系列:

图书标签:

• 2010
• 医学
• 外科学
• 外科
• 临床医学
• 医学教材
• 手术学
• 解剖学
• 疾病
• 诊疗
• 医学

现代光学与量子信息：从基础理论到前沿应用 图书简介 本书《现代光学与量子信息》旨在为读者构建一个全面、深入且与时俱进的物理学知识体系，重点聚焦于经典光学的前沿发展、激光技术的最新突破，以及正在深刻改变信息科学的量子光学与量子信息理论。本书的编写严格遵循科学研究的逻辑脉络，从光与物质相互作用的基本原理出发，层层递进，直至探讨当前最活跃的研究领域，如量子计算、量子通信和精密测量。 本书的结构设计力求严谨而富有启发性，内容涵盖面广而不失深度，特别注重将深奥的理论物理概念与实际工程应用相结合，使之既能满足高年级本科生和研究生的学术需求，也能为从事相关领域研发工作的工程师和科学家提供有价值的参考。 第一部分：经典光学与波动理论的深度重构 本部分将对经典光学的基本框架进行一次全面的回顾与深化。我们不再停留在教科书上对惠更斯原理和菲涅耳衍射的初步介绍，而是深入探讨傅里叶光学在成像、滤波和全息术中的核心作用。 电磁波理论的现代视角： 详细阐述麦克斯韦方程组在任意介质中的传播特性，重点分析波的偏振态（包括圆偏振、椭圆偏振的琼斯矩阵和穆勒矩阵描述）以及偏振控制技术在光通信和液晶显示中的关键应用。 几何光学与成像系统优化： 尽管几何光学是经典理论的基础，本书将着重于像差理论的现代解析，特别是更高阶像差的数值计算与校正方法，结合自适应光学系统的实时波前整形技术，展示如何突破衍射极限的限制。 衍射与干涉的量子基础： 在进入量子领域之前，本书用详尽的篇幅讨论了高度相干光源（如同步辐射光源和自由电子激光）的特性，并剖析了部分相干光的理论，这对于理解高强度、大面积照明系统至关重要。我们引入了统计光学的概念，用于描述光场强度的随机涨落。 第二部分：激光物理与非线性光学的前沿进展 激光是现代物理与工程的支柱。本部分的核心在于解析高性能激光器的设计原理，并深入研究光与物质在强相互作用下的非线性现象。 激光介质与腔体设计： 全面分析了固体激光器、半导体激光器以及光纤激光器的能级结构、粒子数反转机制和增益带宽的限制。特别关注超快激光技术，如锁模原理（包括克尔透镜锁模、半导体可饱和吸收镜锁模），以及飞秒脉冲的产生与特征（如啁啾压缩）。 非线性光学效应的精细控制： 详细解析了二阶非线性（如倍频、和频生成）和三阶非线性（如自相位调制、自聚焦）的物理机制。本书提供了一套系统的频率转换理论，并讨论了参量放大器（OPA/OPO）在产生宽带、可调谐光源中的关键地位。 超快光谱学工具箱： 讲解了如何利用飞秒脉冲作为“探针”，结合瞬态吸收光谱（TA）、多维光谱学（2D-NMR/2DES）等技术，实时观测原子、分子和固态材料中的超快动力学过程，这是理解光化学反应和光电子输运的基础。 第三部分：量子光学的基石与量子电动力学 本部分是全书的理论核心，旨在为读者打下坚实的量子光学基础，理解光场在量子层面的表现。 量子场论的初步引入： 运用量子电动力学（QED）的基本框架，对光场进行量子化处理，引入光子概念。详细推导了电磁场的零点能和虚粒子概念，为理解自发辐射和卡西米尔效应奠定基础。 光与原子的相互作用： 深入分析了里德伯格公式、拉莫尔进动，并重点阐述了半经典理论（如Rabi振荡）和全量子理论（如Jaynes-Cummings模型）。对激光冷却与囚禁技术（如磁光陷阱MOT）的物理原理进行了详尽的建模与分析。 光子的量子态描述： 系统介绍光子的压缩态、猫态等非经典光态的产生与表征方法，如二阶关联函数$g^{(2)}( au)$的测量，这是区分经典光与量子光的核心判据。 第四部分：量子信息科学的前沿应用 基于前三部分的理论准备，本部分将目光投向量子信息科学这一颠覆性领域，探讨如何利用光子的量子特性进行信息处理。 量子比特与量子门控： 以光子偏振态或时间结构作为信息载体，详细讨论量子比特（Qubit）的编码方式。全面解析基于线性光学元件（分束器、相位延迟器）构建量子逻辑门的原理，特别是如何实现“不可克劳塞”的单光子非线性操作。 量子通信与密码学： 详述BB84协议、E91协议等基础量子密钥分发（QKD）方案的物理实现挑战与解决方案。重点分析光纤信道中的噪声模型、纠缠光子源的制备技术（如SPDC/FET），以及自由空间QKD在远距离传输中的大气湍流补偿技术。 量子计算的拓扑与容错： 超越线性光学，本书还探讨了拓扑量子计算的潜力，以及如何利用光子集群（Cluster State）进行测量诱导的量子计算（One-Way Quantum Computing）。此外，对量子纠错码在光子系统中的映射与实现前景进行了讨论。 量子精密测量： 介绍如何利用压缩态光和纠缠光来克服标准量子极限（SQL），实现超灵敏度的测量，特别是在引力波探测（如Advanced LIGO的“光钳”技术）和量子传感中的最新进展。 本书力求在理论的深度和应用的广度之间找到完美的平衡点，是一部连接经典物理学与未来科技的桥梁之作。其内容不仅是知识的传递，更是对读者进行系统性、创新性思维训练的指南。

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