檢視量子光学的原始碼

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|<center>'''量子光学'''<br><img
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==简述==
'''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、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]]）。19世纪末与20世纪初发现了[[黑体辐射]]规律和[[光电效应]]等另一类[[光学现象]]，在解释这些涉及光的产生及光与物质相互作用现象时，旧的波动理论遇到无法克服的困难。1900年，M.普朗克为解决黑体辐射规律问题提出能量子假设，并得到黑体辐射的[[普朗克公式]]，很好地解释黑体辐射规律（见[[普朗克假设]]）。

==评价==
至于光与原子的相互作用，最基础的莫过于[[自发辐射]]与[[受激辐射]]了，一处于受激态的原子，由于外场作用，发射出一个光子，跃迁到[[基态]]，这叫做受激辐射;若没有外场作用，原子也会自发辐射出一个光子回到基态，这叫做自发辐射。虽然按半经典理论的量子力学微扰论能导出[[吸收系数]]与受激辐射系数。但要导出自发辐射系数就要用到经典场的阻尼振子概念，如果[[辐射场]]也进行量子化，就导致一个经典场所没有的零场起伏能量，由于零场的作用，使受激态原子自发辐射出[[光子]]回到基态。此外，由于场的量子化，又出现一个虚的[[跃迁]]过程。在图3a所示的实过程中，电子由高能态2跃迁到低能态1，并辐射出光子hv；而图3b所示的虚过程则是电子由低能态1跃迁到高能态2，也辐射出一个光子hv。能量似乎不守恒了，但作用时间很短，并不违背量子力学中的测不准关系，考虑到虚过程后的原子能级移位计算，与实验符合很好。 与自发辐射紧密联系的便是辐射的线型。最早关于原子自发辐射线型的计算是假定了原子处于激发态而外场为零。其实如果不是外场的作用，原子又怎样到达[[受激态]]的呢？只能说外场很弱，对辐射线型的影响可略去不计，这就很自然地提出当激励的外场很强时，原子辐射的线型又是怎样的问题，这对场的量子化理论也是一很好的检验。借助原子束技术和可调谐的激光技术，已完成对钠原子[[共振跃迁]]的实验与理论验证。与熟知的洛伦兹线型只有一个峰不一样，在强场作用下的荧光线型有三个峰.

除了单个原子的自发辐射外，还有多个原子在一起时产生的相干自发辐射，也称[[超辐射]]。这是因为多个原子与共同的辐射场相互作用而构成一合作的整体。合作的N个原子辐射同相位，由于相干叠加，总振幅正比于N，总的自发辐射功率正比于N2，这就是相干自发辐射的主要特征。对于非相干自发辐射而言，由于N个[[原子辐射]]的位相是无规的，故总自发辐射功率与受激态原子数N成正比。

至于受激辐射，产生激光的主要依据即受激辐射与开式谐振腔。谐振腔的作用在于延长受激辐射光子在腔内的寿命，使之不很快逃逸到腔外，包括工作物质、腔、光泵在内是一个复杂的量子力学开系(见激光器)。这就需要有处理[[阻尼系统]]的[[耗散]]、起伏的[[量子统计]]方法。从辐射与原子的全量子理论出发导出朗之万方程、福克—普朗克方程、[[密度矩阵]]方程。下面是典型的关于辐射的湮没与产生算符b、b+的[[朗之万方程]]。

式中F、F+为无规力，σ、σ+为原子能级的下降与上升算符，Xλ为阻尼系数，gλ、g为[[耦合系数]]。还有[[原子算符]]的运动方程。解这些方程能得出激光的线宽和统计分布。

激光的出现无疑对量子光学的发展起了推动的作用。激光的产生、传输、检测与统计性质的研究仍然是当前量子光学中很有兴趣的课题，如[[光学双稳态]]<ref>[[词条作者：杨国桢．《中国大百科全书》74卷（第二版）物理学 词条：光学双稳态：中国大百科全书出版社，2009－07：198页]]</ref> 、[[光学孤立波]]、[[压缩态]]等。

'''视频'''

'''一分钟了解物理学分支光学'''

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==参考文献==
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[[Category:336 光；光學]]