量子光学：第二次量子革命

本书内容涵盖了量子光学研究的诸多方面。第1~6章介绍了量子光学的基础内容，包括光与物质相互作用的半经典理论和全量子理论，处理量子开放系统的基本方法，以及量子测量。第7~11章介绍了腔量子电动力学、光力系统、激光冷却、玻色-爱因斯坦凝聚、量子光力学。第12章展望了量子光学和光力学在引力波探测、基本物理量检测、暗物质搜索、地球物理监测和超精密时钟等方面的应用。本书无论是对希望了解量子光学基本概念的初学者，还是对希望从事量子光学相关领域研究的科技工作者来说，都是一本很有价值的参考书。

皮埃尔·梅斯特雷（Pierre Meystre），博士，国际知名的量子光学专家（理论物理学家），现任慕尼黑大学理论物理学特许任教教师，并担任美国亚利桑那大学物理学和光学科学的名誉校董教授、亚利桑那大学光科学和物理里根教授。他还是美国物理学会、美国光学学会和美国科学促进会的会士，并被聘为华东师范大学的名誉教授。曾担任顶级物理学学术期刊《物理评论快报》主编，美国物理学会原子分子光物理分会主席。<br />梅斯特雷的研究领域涵盖理论量子光学、超冷原子科学和量子光力学，他在这些领域发表了超过300篇高影响力论文，是国际量子光学界的领军人物。他与默里·萨金特三世合著了经典教材《量子光学基础》，此外，他还撰写了权威专著《原子光学》。他的研究成果对现代量子信息科学和光学技术产生了深远影响，因此获得了多项荣誉，包括德国洪堡基金会授予美国资深科学家的研究奖、美国光学学会的R. W. 伍德奖，以及威利斯·E·兰姆激光科学与量子光学奖。

译者序<br />前言<br />致谢<br />第1章　半经典原子——光相互作用1<br />　1.1　多极展开：一个简要的总结1<br />　1.2　洛伦兹原子3<br />　1.3　两能级原子6<br />　　1.3.1　哈密顿量6<br />　　1.3.2　光学布洛赫方程8<br />　　1.3.3　弛豫机制9<br />　　1.3.4　密度矩阵方程10<br />　习题12<br />　参考文献14<br />第2章　电磁场量子化15<br />　2.1　量子简谐振子15<br />　2.2　电磁场量子化18<br />　　2.2.1　单模场18<br />　　2.2.2　多模场19<br />　2.3　量子场的态21<br />　　2.3.1　热平衡下的单模场21<br />　　2.3.2　相干态23<br />　　2.3.3　压缩态25<br />　2.4　光电探测和关联函数31<br />　　2.4.1　吸收探测31<br />　　2.4.2　平衡零拍探测32<br />　2.5　准概率分布34<br />　习题38<br />　参考文献39<br />第3章　Jaynes-Cummings模型40<br />　3.1　量子光学的核心40<br />　3.2　量子拉比振荡43<br />　3.3　塌缩与恢复43<br />　3.4　单模自发辐射45<br />　3.5　重复场测量46<br />　3.6　量子拉比模型47<br />　习题51<br />　参考文献51<br />第4章　复合系统和量子纠缠53<br />　4.1　EPR悖论53<br />　4.2　量子纠缠54<br />　　4.2.1　施密特分解与最大纠缠55<br />　　4.2.2　纠缠的单配性56<br />　4.3　贝尔不等式58<br />　4.4　量子密钥分发62<br />　　4.4.1　BB84协议62<br />　　4.4.2　不可克隆定理63<br />　　4.4.3　量子隐形传态64<br />　习题65<br />　参考文献66<br />第5章　耦合库68<br />　5.1　自由空间中的自发辐射68<br />　　5.1.1　自由空间中的模式密度69<br />　　5.1.2　自发辐射的Weisskopf-Wigner理论69<br />　　5.1.3　超辐射与亚辐射71<br />　5.2　主方程72<br />　　5.2.1　阻尼谐振子75<br />　　5.2.2　Lindblad形式78<br />　　5.2.3　Fokker-Planck方程78<br />　5.3　朗之万方程组80<br />　5.4　蒙特卡罗波函数84<br />　5.5　输入-输出理论方法86<br />　习题89<br />　参考文献90<br />第6章　量子测量91<br />　6.1　冯·诺依曼公设91<br />　6.2　测量的反作用92<br />　　6.2.1　标准量子极限92<br />　　6.2.2　量子非破坏性测量94<br />　6.3　连续测量96<br />　　6.3.1　连续投影测量96<br />　　6.3.2　半正定算子测量97<br />　　6.3.3　连续弱测量98<br />　　6.3.4　场的连续测量99<br />　6.4　指针基底101<br />　习题103<br />　参考文献103<br />第7章　调控环境——腔量子电动力学105<br />　7.1　自发辐射增强和抑制105<br />　　7.1.1　原子-腔系统的主方程105<br />　　7.1.2　弱耦合机制107<br />　　7.1.3　强耦合机制108<br />　7.2　微波激射器109<br />　7.3　色散区域114<br />　7.4　电路QED117<br />　　7.4.1　LC电路量子化117<br />　　7.4.2　超导量子位120<br />　　7.4.3　场-量子位耦合123<br />　7.5　Casimir力125<br />　习题126<br />　参考文献127<br />第8章　光的力学效应129<br />　8.1　半经典原子——场相互作用的回顾129<br />　8.2　辐射压力和梯度力130<br />　8.3　耗散133<br />　8.4　原子衍射135<br />　　8.4.1　Raman-Nath机制136<br />　　8.4.2　布拉格机制137<br />　　8.4.3　施特恩-格拉赫机制138<br />　8.5　自发辐射139<br />　8.6　原子干涉仪140<br />　习题143<br />　参考文献144<br />第9章　激光冷却146<br />　9.1　多普勒冷却146<br />　9.2　西西弗斯冷却148<br />　9.3　亚反冲冷却152<br />　9.4　腔冷却154<br />　9.5　边带冷却156<br />　9.6　蒸发冷却159<br />　习题160<br />　参考文献160<br />第10章　玻色-爱因斯坦凝聚162<br />　10.1　现象学162<br />　10.2　囚禁势阱中的BEC165<br />　10.3　薛定谔场量子化167<br />　　10.3.1　Hartree近似171<br />　　10.3.2　准粒子173<br />　10.4　光晶格上的超冷原子175<br />　习题180<br />　参考文献181<br />第11章　量子光力学183<br />　11.1　经典分析184<br />　　11.1.1　稳态现象：光学弹簧效应186<br />　　11.1.2　延迟的影响：冷阻尼187<br />　11.2　量子理论189<br />　11.3　超越基态191<br />　　11.3.1　线性化耦合191<br />　　11.3.2　二次耦合194<br />　　11.3.3　极化子谱194<br />　11.4　光力学探测的标准量子极限196<br />　11.5　超冷原子200<br />　11.6　功能化和混合系统201<br />　习题202<br />　参考文献203<br />第12章　展望205<br />　12.1　万有引力206<br />　　12.1.1　引力波探测206<br />　　12.1.2　等效原理的检验210<br />　　12.1.3　平方反比律的检验211<br />　　12.1.4　引力引发的退相干212<br />　12.2　暗区213<br />　　12.2.1　与光子的耦合214<br />　　12.2.2　原子干涉仪搜索215<br />　　12.2.3　腔光力搜索216<br />　参考文献216