量子光学的学科概况

量子光学的发展历程~

众所周知，光的量子学说最初由A．Einstein于1905年在研究光电效应现象时提出来的[注：光电效应现象包括外光电效应、内光电效应和光电效应的逆效应等等，爱因斯坦本人则是因为研究外光电效应现象并从理论上对其做出了正确的量子解释而获得诺贝尔物理学奖；这是量子光学发展史中的第一个重大转折性历史事件，同时又是量子光学发展史上的第一个诺贝尔物理学奖。尽管爱因斯坦终生对科学的贡献是多方面的（例如，他曾建立狭义相对论和广义相对论等等），但他本人却只获得这唯一的一次诺贝尔物理学奖]。光量子学说的提出，成功的解释光电效应现象的实验结果，促进光电检测理论、光电检测技术与光电检测器件等学科领域的飞速发展；因此，从这个意义上说，爱因斯坦为光电检测理论之父。不仅如此，光量子学说提出最终导致了量子光学的建立，因此说它是量子光学发展的源头和起点；从这个意义上说，爱因斯坦为量子光学的先驱和创始人。尤为重要的是，爱因斯坦在其光量子学说中所提出有关光量子这一概念，几经发展形成了光子这一概念，最终导致光子学理论建立，并由此带动光子技术、光子工程与光子产业的迅猛发展；可见，光量子学说为光子学、光子技术、光子工程和光子产业的发端；因此，爱因斯坦是光子学、光子技术、光子工程与光子产业的先导。除此而外，爱因斯坦在研究二能级系统的黑体辐射问题时曾提出受激辐射、受激吸收与自发辐射这三个概念，并形式的引入爱因斯坦受激辐射系数、受激吸收系数与自发辐射系数这三个系数等等；特别是受激辐射这一概念提出，最终导致激光器的发明、激光的出现与激光理论的诞生，直至形成当今的激光技术、激光工程与激光产业；因此爱因斯坦是当之无愧的激光之父和激光理论的先驱。 从1906年到1959年这50多年时间内，有关光量子理论的研究工作虽然也曾取得过许多重要成就，其总体发展而言，仍然比较缓慢的。其最明显特征就是光的量子理论尚未形成完整理论体系。诺贝尔物理学奖自1960年国际上诞生第一台红宝石激光器以来，有关这一领域的科学研究工作进入到了空前活跃的快速发展时期。由此，直接导致量子光学的诞生与发展[注：是量子光学发展史上的一次重大转折，为量子光学的快速发展提供重要的实验技术保障；同时，激光器发明者们也因此获得了诺贝尔物理学奖。这是量子光学发展史上第2个诺贝尔物理学奖。应当强调指出的是，激光器本身属于量子器件，而绝不是经典器件！激光器的行为并不完全遵守经典物理学的理论规则。 真正将量子光学的理论研究工作引上正轨并推向深入的，是E．T．Jaynes和F．W．Cummings两人。1963年，E.T.Jaynes和F.W.Cummings两人提出了表征单模光场与单个理想二能级原子单光子相互作用的Jaynes—Cummings模型(以下简称标准J-C模型)，这标志着量子光学的正式诞生。此后，人们围绕着标准J-C模型及其各种推广形式做了大量的而且是富有成效的理论与实验研究工作。第一个高潮随着研究工作的深入和深化，随着研究对象、研究内容和研究范围的拓展，以及随着研究方法和研究手段的更新与改进，今天的量子光学领域已经出现了一系列全新的、重大突破性进展。特别是在1997年，S.Chu,C.C.Tannoudji和W.D.Phillips等人因研究原子的激光冷却与捕获而分获1997年度诺贝尔物理学奖，从而将量子光学领域的研究工作推向了第一个高潮（注：这是量子光学发展史上的第3个诺贝尔物理学奖）。第二个高潮1997年以后，量子光学领域又出现了许多新的发展迹象。特别是，在2001年瑞典皇家科学院决定将2001年度的诺贝尔物理学奖授予对实现玻色—爱因斯坦凝聚态而做出杰出贡献的3位科学家，从而将量子光学领域的研究工作推向了第二个新的高潮（注：这是量子光学发展史上的第4个诺贝尔物理学奖）。第三个高潮到了2005年，瑞典皇家科学院再次决定将2005年度的诺贝尔物理学奖授予对光学相干态和光谱学研究做出杰出贡献的3位科学家。其中，发现光学相干态(即Glouber相干态)、并在此基础上进一步建立起光场相干性的全量子理论的美国科学家Glouber他一个人获得了本年度诺贝尔物理学奖金的50%，而另外的两位科学家则共享本年度诺贝尔物理学奖金的另外的50%。这足以说明量子光学研究的重要性、重要地位和重要作用以及国际科学界对量子光学学科的重视程度；试想一下，在短短的8年时间内，竟然给量子光学学科授了3次诺贝尔物理学奖！从而，将量子光学领域的研究工作推向了第三个新的高潮（注：这是量子光学发展史上的第5个诺贝尔物理学奖）。要对量子光学领域已往的辉煌成就进行总结回顾，并对当前量子光学领域的最新发展动态以及21世纪量子光学领域的发展趋势和发展方向进行分析与展望，以使人们在今后新的探索中能够受到新的启发，并力争在21世纪初期取得更大的突破。 从1906年到1959年的这50多年时间内，有关光的量子理论的研究工作虽然也曾取得过许多重要成就，但就其总体发展而言，仍然是比较缓慢的。其最明显特征就是光的量子理论尚未形成完整的理论体系。自1960年国际上诞生第一台红宝石激光器以来，有关这一领域的科学研究工作进入到了空前活跃的快速发展时期。由此，直接导致了量子光学的诞生与发展[注：这是量子光学发展史上的一次重大转折，为量子光学的快速发展提供了重要的实验技术保障；同时，激光器的发明者们也因此获得了诺贝尔物理学奖。这是量子光学发展史上的第2个诺贝尔物理学奖。激光器本身属于量子器件，激光器的行为并不完全遵守经典物理学的理论规则。更大突破因此，在这种情况下，有必要对量子光学领域已往的辉煌成就进行总结回顾，并对量子光学领域的最新发展动态以及21世纪量子光学领域的发展趋势和发展方向进行分析与展望，以使人们在新的探索中能够受到新的启发，并力争在21世纪初期取得更大的突破。

Scully和Zubairy的“Quantum Optics”,Walls和Milburn的同名书，Wolf和Mandel的“Optical coherence and quantum optics”，以及Meystre和Sargent的“Elements of quantum optics”。这三本书的作者都是量子光学界的泰山北斗，他们书都介绍了量子光学的基本理论体系，但其余部分各有千秋。

1905年，A.阿尔伯特·爱因斯坦提出光子假设，成功地解释光电效应。阿尔伯特·爱因斯坦认为光子不仅仅具有能量，而且与普通实物粒子一样具有质量与动量（见光的二象性）。1923年，A.H.康普顿利用光子和自由电子的弹性碰撞过程解释了X射线的散射实验（见康普顿散射）。与此同时，各种光谱仪的普遍使用促进光谱学的发展，通过原子光谱来探索原子内部的结构及其发光机制导致量子力学的建立。
所有这一切为量子光学奠定了基础。20世纪60年代激光的问世大大地推动了量子光学的发展，在激光理论中建立了半经典理论和全量子理论。半经典理论将物质看成是遵守量子力学规律的粒子集合体，而激光光场则遵守经典麦克斯韦电磁方程组。此理论能较好地解决有关激光与物质相互作用许多问题，但不能解释及辐射场量子化有关的现象，例如激光的相干统计性于物质的自发辐射行为等。在全量子理论里，把激光场看成是量子化的光子群，这种理论体系能对辐射场的量子涨落现象及涉及激光与物质相互作用的各种现象给予严格又全面的描述。对激光的产生机理，包括对自发辐射和受激辐射更详细的研究，对激光的传输、检测与统计性等的研究是量子光学主要研究课题。

---

大渡口区13216208165： 介绍一下量子光学 - ？
牧言喜得： 以辐射的量子理论研究光的产生、传输、检测及光与物质相互作用的学科.到了19世纪,特别在光的电磁理论建立后,在解释光的反射、折射、干涉、衍射和偏振等与光的传播有关的现象时,光的波动理论取得了完全的成功(见波动光学)....

大渡口区13216208165： 什么是“量子光学”? - ？
牧言喜得： 量子光学是应用辐射的量子理论研究光辐射的产生、相干统计性质、传输、检测以及光与物质相互作用中的基础物理问题的一门学科.量子光学一词是在有了激光后才提出来的.量子光学 quantum optics 以辐射的量子理论研究光的产生、传输、...

大渡口区13216208165： 9911翻译成英语量子光学的回顾和进展:量子光学是现代物理学中发展极为迅速的最重要基础学科之一.20世纪90年代以来,量子通信、玻色—爱因斯坦凝聚... - ？
牧言喜得：[答案] Quantum optics and progress recalled : Quantum optics modern physics is marked by rapid development in the most important foundation for one of the subjects.20 Since the 1990s,quantum communications,Bose-Einstein condensation,and other ...

大渡口区13216208165： 量子光学的研究内容 - ？
牧言喜得： 下面从光的相干统计性质、自发辐射、受激辐射等方面简要阐述量子光学的内容.图1a示出由点光源S发出经双缝P1,P2的振动E1(t+τ),E2(t)在屏上 Q点叠加,光强I(Q)可表示为 式中〈 〉表示对时间t求统计平均,τ表示经狭缝P1,P2的光的相对时...

大渡口区13216208165： 谁知道研究生学量子光学前途怎么样啊~? - ？
牧言喜得： 不好找工作?那要看你是考的哪个学校的物理系啊.如果是名校,进一些科研机构,那以后人生的奋斗就有目标了.否则,可以考虑业余学习.其实上了研究生以后也是靠自学

大渡口区13216208165： 物理光学是什么 - ？
牧言喜得： 光学中研究光的属性和光在媒质中传播时各种性质的学科.以光是一种波动为基础的物理光学,称为波动光学;以光是一种粒子为基础的物理光学,称为量子光学.本书以光的波动性为主要研究对象,从电磁波理论和傅里叶分析两个角度,研究光的传播、干涉、衍射、偏振性质,以及光的信息处理.在这些经典内容的编排上,力求结构合理、铺垫充分、线索清晰.除了基础内容外,还适当增加了光压、光子晶体、干涉条纹分析等,以反映科学研究和工程应用中的热点问题.

大渡口区13216208165： 量子科学是什么东东? - ？
牧言喜得： 量子信息科学(简称量子信息学),主要是由物理科学与信息科学等多个学科交叉融合在一起所形成的一门新兴的科学技术领域.它以量子光学、量子电动力学、量子信息论、量子电子学、以及量子生物学和数学等学科作为直接的理论基础,...

大渡口区13216208165： 光学主要研究的什么 - ？
牧言喜得： 光学(optics),是研究光(电磁波)的行为和性质,以及光和物质相互作用的物理学科.传统的光学只研究可见光,现代光学已扩展到对全波段电磁波的研究.我们通常把光学分成几何光学、物理光学和量子光学. 几何光学 是从几个由实验...

大渡口区13216208165： 量子力学与量子光学有什么联系?量子光学是量子力学衍生出的学科吗?两者之间存在什么联系? - ？
牧言喜得：[答案] 量子是一种意识,是一种概念.他的精髓在于对世界的认识方式:认为能量·物质·时间·空间·等等不是连续的,在接受和发射时是一份一份的.有最小不可分割单位.小于这个单位不存在无意义.于是:力学的本质是什么呢?大略...

大渡口区13216208165： 什么是量子光学？
牧言喜得： 是不是就是把光的能量量子化了,就类似与原子轨道一样,能量是一份一份的,而不是连续的