量子光学 郭光灿周祥发 著 辐射场及其量子化 量子相干态 光场相干性及其干涉 光场与原子相互作用 热库系统及主方程 朗之万方程

内容介绍

本书着重介绍量子光学领域中的基本理论、概念和方法，并对相关的前沿课题进行了适当讨论。本书的主要内容包括：辐射场及其量子化，量子相干态、压缩态，光场的相干性及其干涉，光场与原子的相互作用，热库系统及主方程理论，朗之万方程，光与物质相互作用，非马尔可夫系统，光学谐振腔系统，光力耦合系统等。除此之外，我们还在适当的地方插入相关领域和课题的介绍，如光子波函数，纠缠光源的干涉，Rabi模型的精确解，超辐射相变，非马尔可夫系统的度量及验证，简并光腔中的拓扑物态模拟等。

目录

“量子信息前沿丛书”序言

前言

第一章辐射场及其量子化1

1.1光学发展简史1

1.2量子力学回顾3

1.2.1公理假设3

1.2.2密度矩阵和表象变换6

1.2.3表象变换10

1.2.4复合系统12

1.3谐振子量子化14

1.4经典电磁场及其量子化17

1.4.1谐振腔内电磁场的量子化19

1.4.2自由空间电磁场的量子化21

1.5热平衡光场24

1.6量子相位算符27

1.6.1正规化的量子相位算符30

1.7光子波函数和薛定谔方程32

1.7.1光子实空间波函数33

1.7.2期望值和光子波函数的概率解释36

1.8光场二次量子化中的光子波函数39

参考文献43

第二章量子相干态45

2.1相干态的性质45

2.1.1相干态是湮灭算符的本征态45

2.1.2相干态可以通过平移算符作用真空态得到46

2.1.3相干态光子数满足泊松分布47

2.1.4相干态满足最小不确定关系48

2.1.5相干态波函数具体形式51

2.1.6相干态的非正交性和超完备性52

2.1.7算符在相干态表象中的展开53

2.1.8平移算符的迹及算符展开55

2.1.9Husimi-Q分布函数56

2.1.10相干态的演化和产生58

2.2压缩相干态60

2.2.1压缩相干态的定义60

2.2.2压缩态是“准光子”算符空间中的相干态63

2.2.3压缩相干态的涨落65

2.2.4压缩相干态的粒子数分布67

2.2.5双模压缩态71

2.3奇、偶相干态72

2.3.1奇、偶相干态的基本性质73

2.3.2奇、偶相干态的涨落特性77

2.4最小不确定态79

2.5光场的Wigner特征函数和准概率分布81

2.5.1Wigner函数的定义81

2.5.2Wigner函数的性质83

2.5.3一些例子88

2.6光场相空间中的表示及相互关系93

2.7自旋相干态/原子相干态95

2.7.1自旋相干态的定义95

2.7.2自旋相干态的性质98

2.7.3自旋压缩101

参考文献103

第三章光场相干性及其干涉105

3.1量子相关函数105

3.2相干光场107

3.3热光场的相关函数108

3.4一阶相干度和杨氏双缝干涉111

3.5二阶相干度和Hanbury Brown-Twiss(HBT)实验113

3.5.1HBT实验的经典理论113

3.5.2HBT实验的量子理论和光场的非经典效应115

3.5.3光子的反群聚效应117

3.6分束器的量子力学描述119

3.6.1模式变换和态变换之间的关系120

3.7压缩光场的平衡零拍探测124

3.8光学干涉仪及其标准量子极限126

3.9振幅压缩及非线性Mach-Zehnder干涉仪130

3.9.1相干态的粒子数-相位最小不确定关系132

3.9.2非线性Mach-Zehnder干涉仪生成粒子数-相位压缩态133

3.10多光子干涉仪137

3.11NOON态及海森伯极限140

3.12双光子纠缠光源及相应的单光子和双光子干涉142

3.12.1双光子纠缠源143

3.12.2双光子纠缠光源中的单光子和双光子干涉146

参考文献149

部分目录