高次谐波辐射与X射线量子光学(特邀)

高次谐波产生过程是一种广泛、成熟、可行的制备相干量子光源的方案,在新兴的X射线量子光学领域有望得到应用。目前,量子光学已经在微波和可见光波段研发了诸如压缩态制备、诱导透明、高次谐波产生、多波混频等应用。X射线因其高精度、高衍射极限、鲁棒性、穿透性和聚焦能力在理论上优于目前广泛采用的微波和可见光波段,在X射线波段下研发量子光学模型、量子信息单元和量子光学元件,有助于推动其向精密化,小型化发展。最近的研究将量子光学推广至X射线波段,产生了诸如X能标下的量子系统、单光子、脉冲、高次谐波产生相干X射线脉冲等创新性研究成果,发展了阿秒级的相干X射线量子光源。X射线光学与量子光学的交叉正在引来越来越多的关注,成为一个具有显著突破意义和应用前景的研究领域。

规范场论札记(I):电磁学和量子光学中的人造规范势与卡鲁扎–克莱因理论中的衍生电磁规范场

规范场是驱动物质运动、参与传递相互作用的中介场。在量子电动力学、弱电统一模型和量子色动力学中,规范场是理论原生的基本动力学场。除此之外,规范场还可以“人造”(synthesis)和“呈展”(emergence)两种方式、以非基本或非原生的动力学场的身份展现,前者在一些应用领域(如电磁学、光学、凝聚态物理学)中为不少研究人员所关注,后者为引力–规范统一目的,在微分几何和广义相对论中以高维引力场的身份衍生出来。本文研究电磁学、量子光学系统中的人造规范势(和人造“磁学”)与卡鲁扎–克莱因理论中的衍生电磁规范场。能呈现人造规范势的物理系统包括含时哈密顿量系统、非共面弯曲光纤系统、原子–光场的电或磁偶极矩相互作用系统、横截面非均匀波导体系和各向异性电磁介质。在这些例子中,原子和光场仿佛是在等效的规范势中运动,其波动方程或场方程中的偏导数算符都被携带了等效规范势的协变导数算符取代。对于“呈展的规范场”这个主题而言,卡鲁扎–克莱因理论(五维时空的广义相对论)能统一爱因斯坦引力理论与麦克斯韦电磁场论,电磁相互作用作为高维引力耦合呈现在普通的四维时空,也即电磁力在本质上是引力。推而广之,非阿贝尔版本的卡鲁扎–克莱因理论能将杨–米尔斯规范场解释为高维引力场。本文从引力作用量密度、高维时空线元、短程线方程这些高维引力理论核心构件推导了电动力学基本内容。本文也分析了早期规范理论简史包括魏尔标度变换理论(1918~1919)、卡鲁扎–克莱因理论(1921, 1926)、克莱因矢量规范理论(1938)的研究历史,评述了引力理论和规范场论之间竞争、反哺、互相促进这一曲折发展史及其给后人可能的启迪性意义。

基于量子光学的红外成像光照模型

现有的大多数光照明模型都是基于可见光波段的 ,它们无法模拟物体在红外波段的成像 .该文提出了一种新的基于量子光学的红外成像光照明模型 ,该模型在传统光照明模型的基础上加了一项物体本身的量子辐射项E(ε0 ,T,λ1 ,λ2 ) ,其中 λ1 ,λ2 为探测器的两端波长 ,ε0 为物体表面的发射率 ,T为物体的绝对温度 .该模型同时适用于红外波段和可见光波段成像 ,当接收波段在可见光域且场景中物体的表面温度较低时 ,该模型回归为传统的光照明模型 .该模型还能模拟传统光照明模型所不能模拟的现象 ,如钢铁在熔化过程中显示出来的不同颜色 .文中最后绘制了几个不同场景下真实感较强的可见光和红外图像 .

量子光学与量子信息领域中的中国

为了解世界量子光学与量子信息的发展态势,认识中国在国际量子光学与量子信息领域中的地位,针对量子光学与量子信息领域的主要学科,按照美国光学学会(OSA)数据库量子光学与量子信息的13个分类,检索了SCI数据库1991年至2006年的数据。用文献计量学、科学计量学和情报分析方法研究国际量子光学与量子信息领域各学科的发展速度,比较各主要国家量子光学与量子信息论文的数量,从而使中国量子光学与量子信息领域的科学家有一个量的判断,多一些思维空间,多一种观察视角。结论认为,量子光学与量子信息是21世纪最具生命力的新兴学科之一,中国在理论和实验两方面都做出了一些重要的具有创新性的贡献,论文被引频次的世界贡献率呈增长态势。

量子光学中的非经典态

本文扼要地介绍了光子数态、热光场态、相干态、压缩态、相位态和中间态等。重点是介绍它们的物理性质。例如，指出相干态在谐振子座标表象中的表示就是带电谐振子在均匀电场中的基态波函数；它的时间演化波包的概率密度分布，形状不随时间变但中心位置随时间作周期振荡。文中对相干态和压缩态等提供了也许是一点新的看法：将相干态、压缩真空态、压缩相干态和相干压缩态等看作是一准玻色子的基态或相干态。而实现的手段可以是原来的幺正算符也可以是投影算符。这样的好处是：（１）对相干态和压缩态间的联系有更深的认识；（２）便于计算和进一步展开等等。文中还对各个态的压缩性、统计性等作了介绍，有的还用图表等演示了它们的非类经典特性。最后，文中还介绍了准概率分布函数。

大学物理与中学物理课程量子光学部分的衔接研究

做好大学物理和中学物理课程量子光学部分的衔接教育,不仅可以提高大学物理量子光学部分的教学质量,增强学生学习大学物理的兴趣,而且有利于大学后继课程的教学。本文把中学物理与大学物理中量子光学的教学内容进行了对比,对怎样更好地进行衔接进行了研究。

关于量子光学中压缩态的探讨

介绍相干态和压缩态的产生过程,找到二者之间的关系.介绍相干态的一些特性及由压缩算符产生压缩态的过程,给出压缩态和双光子相干态之间的关系,呈现压缩态有与相干态类似的完备关系,给出湮灭算符、产生算符和粒子数算符在压缩相干态中的方均起伏.

基于量子光学中相干态表象的教学探讨

本研究首先介绍了量子光学中相干态表象的物理概念,并计算了处于热平衡下正则系综的密度算符表述形式,最后利用矩阵变换关系推导了分束器算符相干态表象的形式。计算结果表明在热场下光子数分布服从波色-爱因斯坦分布规律,热分布的P表示具有高斯分布的形式,本研究有助于学生加深对相干态表象的理解,提高量子光学的教学效果。

21世纪量子光学领域的若干重大核心问题展望——兼论量子光学的发展动态与发展方向

对量子光学领域中诸如场—物质 (原子、分子或离子 )相互作用模型、腔内原子的辐射谱、亚泊松光子统计、光子反聚束效应、光场压缩态、时间与时域的定义及其本质含义、时域量子化、时间不可逆性、量子时空观与量子化时空结构、量子时空对称性与量子化时空对称结构、时域压缩的量子极限与超快科学领域的新时间尺度、量子涨落宇宙模型、薛定谔猫态、量子信息学、生物光子学、光的量子本质与光子结构、原子的激光冷却与捕获、玻色—爱因斯坦凝聚 (即 BEC)以及“原子激光器”与“原子激光”等方面的若干重大进展情况进行了系统综述 .在对量子光学所涉及的上述各有关重大核心科学技术领域的历史、现状、以及最新发展动态和应用前景进行详细分析的基础上 。

现代量子光学的发端和物理学精密测量的新巅峰——2005年诺贝尔物理学奖成果介绍

瑞典皇家科学院决定,授予路易·格劳伯(Roy J Glauber)、约翰·霍尔(John L Hall)和提阿多·汉斯(Theodor W Hnsch)2005年度的诺贝尔物理学奖。格劳伯是因为他在光相干的量子理论方面的贡献,霍尔和汉斯则是因为他们在发展激光精密光谱学,包括光频梳(optical frequency comb)技术方面的贡献,而分别获此殊荣的。按历史进程简单评述了现代量子光学的发端,给出了现代量子光学的内容概要,较详细地介绍了汉斯和霍尔是如何发展光频梳技术以精确测量光频的。

几何光学、波动光学和量子光学的区别与联系

通过对几何光学、波动光学和量子光学三个光学分支的各自特点来讨论它们的区别与联系,并指出这三个光学分支的相互转换规律。

光信息专业《量子光学基础》课程教学探索

量子光学是光电信息科学与工程专业的必修课程,主要研究的是微观尺度下光场与物质相互作用的一门学科。文章结合量子光学课程的教学实际,介绍了教学内容的舍取和教学方法方面的一些尝试。

从量子光学理论探讨气体原子的电极化率

普通物理中,时间不变电场对电介质极化时,其电极化强度P=ε0χE。在此基础上,通过引入量子光学理论,研究探讨当外电场是随时间振荡的电磁波时,振荡电磁波对气体物质相互作用的电介质电极化率χ的复数表达式,并给出一些具体性质。使读者对介质在振荡电磁波中产生的极化有较全面的认识和理解,也为新材料在记忆、贮存和压电效应方面的应用研究提供重要的参考价值。

量子光学中爱因斯坦系数的经典描述

通过运用经典统计理论,结合能量量子化假设,采用麦克斯韦方程组为基础的电场和磁场的经典描述,求解了粒子数均匀分布情况下爱因斯坦A系数和B系数。通过这种方法求得的爱因斯坦A系数和B系数,与用高等量子力学在薛定谔、海森堡、相互作用3个表象中利用费米黄金规则得出的结果是一样的,并对此进行了验证。

约瑟夫森器件的量子光学与左手性质理论研究

左手材料是一种由亚波长尺度微结构构成的人工材料，其对电磁场的响应表现出左手性质（能流与波矢方向相反，表现出负折射率）。左手材料已经引起了物理和材料科学领域的广泛关注。目前的左手材料一般是由金属器件（如金属直导线和开口谐振环（SRR）等）构成。这种材料的结构单元为宏观尺度，通常条件下没有量子效应，因此我们称其为“经典左手材料”。我们最近提出了一种具有量子属性的新型左手材料-“约瑟夫森器件左手材料”。这种材料由带有约瑟夫森结的超导器件阵列构成，一方面具有左手材料的性质（负的介电常数和负的磁导率），另一方面又与普通左手材料不同，这种材料的结构单元对电磁场的响应由量子力学支配，整个材料具有新的物理性质，因此我们称其为“量子左手材料”。

量子光学与量子信息领域中的通信技术

量子光学的量子特性在信息领域有着独特的功能,利用其压缩态、纠缠态、偏振等性质在提高运算速度、确保信息安全、增大信息容量和提高检测精度等方面有望突破现有经典信息系统的极限。量子通信在一定程度上已经实现了商业应用并具有广阔的市场应用前景,特别是在量子密码和量子计算方面有突破性进展。

多值函数的积分及其在量子光学中的应用

本文介绍了多值函数的定义、多值函数多值性的根源、多值函数的积分及其在量子光学中的应用。

广义耗散双模量子光学系统主方程的精确解

建立了广义耗散双模量子光学系统主方程的代数结构,基于该代数结构系统主方程可改写成一个类似Schr dinger方程,利用代数动力学方法在粒子数表象中求得该系统的精确解.

厚德泽人——访量子光学专家刘正东教授

刘正东，1948年元旦出生于南昌。高中毕业恰遇“文革”，下放兵团务农、做工、教书十年。1977年恢复高考取得两倍多本科录取线的好成绩，大学二年级即被校方要求提前毕业任教，1982年毕业于江西师院，留校后相继在南京大学、北京大学、纽约州立大学布法罗分校进修及访问。1988年破格副教授并被省教委批准为硕士生导师（理论物理），1992年归国晋升正教授并获国务院颁发的政府特殊津贴，兼任江西师范大学校学术委员会负责人及物理系副主任，1994年组织申报光学硕士点获批准，成为当时江西仅有的两个物理硕士点的负责人。1994年底被浙江大学作为光学学科带头人引进，1995年批准为博士生导师（理论物理），兼任浙江大学光学与应用技术研究所所长、浙江大学专业技术职务评审组成员、浙江大学“211工程”重点建设学科工委会委员。九七年领衔并组织申报《光学博士点》获批准。四校合并后，兼任浙江大学学部学位委员会委员（理学学部）、学科学位委员会委员（物理学科、光学工程学科），浙江省重点学科《光学》学科带头人，两届浙江省物理学会副理事长（常务）。2002年下半年获香港《包玉刚奖》赴美国做访问教授。2003年应邀回家乡在南昌大学效力，领衔并申报成功省重点学科《光学》、《光学工程》一级学科硕士点、《光学赣江教授》设岗，并参与申报成功《材料物理》一级学科博士点。学术兼职还有：中国物理学会量子光学专业委员会委员，《中国物理快报》（英）特约评审，《量子光学学报》编委。

光学工程专业“量子光学”课程建设的探索性研究

根据学院制定的光学工程专业硕士研究生的人才培养方案,探索性地研究专业学位课程“量子光学”的系统性建设过程。从人才培养的目标定位、课程大纲设计、学生基础知识储备、课程衔接、教学反馈等几个方面阐述本课程的基本建设思路。通过当前的教学实践和教学反馈来分析本课程的基本建设情况和教学执行效果,并进一步提出了几点优化建议。