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第1章 量子论简介1

1.1量子论的基础1

1.1.1量子态1

1.1.2波动方程2

1.1.3双缝实验3

1.1.4光电效应4

1.1.5波粒二象性4

1.1.6波粒二象性的本质：概率6

1.2测不准原理6

1.2.1位置和动量的测不准关系6

1.2.2原子内部的分立能级结构7

1.2.3能量和时间的测不准关系8

1.2.4谐振子基态能量9

1.2.5真空态起伏10

1.2.6量子噪声10

1.3量子测量——可测的波函数11

1.3.1力学量的测量11

1.3.2测量波函数实验12

1.3.3制备横向波函数13

1.3.4弱测量14

1.3.5零动量光子的筛选14

1.3.6量子态的直接测量14

1.4量子跃迁15

1.4.1电子跃迁15

1.4.2光子螺度16

1.4.3双光子及多光子吸收跃迁17

1.4.4分子量子跃迁17

1.4.5跃迁概率18

1.4.6偶极跃迁18

1.5量子相干态19

1.5.1光场模19

1.5.2相位因子算符19

1.5.3量子相干和退相干20

1.5.4量子相干态叠加21

1.5.5量子相干态拉比振荡21

1.6量子信息22

1.6.1量子测量22

1.6.2量子态密度23

1.6.3量子纠缠态23

1.6.4量子态非克隆24

1.6.5量子态超空间转移25

1.6.6量子门25

参考文献25

第2章 电磁感应透明27

2.1非线性光学简介27

2.1.1极化矢量27

2.1.2非线性极化率28

2.1.3布里渊散射31

2.1.4受激拉曼散射32

2.1.5 Kramers-Kronig色散关系34

2.2电磁感应透明基本原理35

2.2.1电磁感应透明基本条件假设35

2.2.2二能级原子系统与缀饰态37

2.2.3 A型三能级系统的电磁感应透明38

2.2.4 V型系统的电磁感应透明41

2.2.5密度矩阵44

2.2.6群速度色散与自相位调制46

2.3无粒子数反转激光放大47

2.3.1三能级A型无粒子数反转光放大47

2.3.2单色场驱动A型三能级原子系统无粒子数反转激光放大49

2.3.3双色场驱动V型三能级原子系统无粒子数反转激光放大51

2.3.4四能级原子系统无粒子数反转激光放大52

2.3.5锂蒸气电磁感应透明实验55

2.4电磁感应透明无吸收的折射率增强57

2.4.1 A型三能级原子系统无吸收折射率增强57

2.4.2双A型三能级原子系统无吸收相干控制折射率59

2.4.3无吸收色散62

2.4.4真空感应相干无吸收折射率增强63

2.5四能级系统及四波混频65

2.5.1四能级原子系统的暗态65

2.5.2双暗态共振增强克尔非线性效应67

2.5.3四波混频68

2.5.4三个控制激光场的四波混频69

2.5.5输出相同模式光波70

2.6电磁感应透明的应用72

2.6.1电磁感应透明光速减慢实验72

2.6.2 X射线腔内核共振74

2.6.3光学双稳态76

2.6.4快速开关77

2.6.5高效非线性频率转换78

参考文献81

第3章 量子相干调控原子分子84

3.1量子相干调控原子84

3.1.1内部电子运动状态84

3.1.2原子电子态的表征与调控86

3.1.3时间域和空间域的电子运动状态87

3.1.4量子态相干操控的原子相干和干涉效应89

3.1.5原子相干效应阻止退相干90

3.2关联电子态和新型光信息载体91

3.2.1相干调控关联电子态91

3.2.2量子比特93

3.2.3量子门和相位量子比特94

3.2.4 Fano量子相干竞争效应97

3.2.5新型量子信息载体99

3.3量子相干调控分子99

3.3.1单分子能级、波函数的调控99

3.3.2单分子-电极体系中的量子输运特性101

3.3.3分子体系与环境间相互作用的调控102

3.3.4调控分子尺度物质的结构105

3.4光电转化过程中电子转移和能量传递106

3.4.1分子耦合量子态的制备106

3.4.2分子量子态输运特性108

3.4.3电荷输运的多体量子特性109

3.4.4分子尺度上的量子表征111

3.4.5分子尺度上高分辨检测与操纵技术112

3.5调控光谱机制113

3.5.1荧光113

3.5.2线宽压窄和谱线压缩114

3.5.3边带影响115

3.5.4荧光淬灭116

3.5.5荧光谱线增强117

参考文献118

第4章 量子点、量子阱、量子线、量子环120

4.1量子点120

4.1.1量子点形态120

4.1.2量子点能级结构和跃迁光谱121

4.1.3自旋效应122

4.1.4光学特性123

4.1.5量子点非线性效应126

4.1.6量子点的应用128

4.2量子阱129

4.2.1量子阱形态129

4.2.2量子阱能级结构和跃迁光谱130

4.2.3量子阱霍尔效应132

4.2.4调控量子阱光学特性133

4.2.5量子阱非线性效应133

4.3量子线134

4.3.1量子线原子结构134

4.3.2量子线自旋效应136

4.3.3量子线光学特性137

4.3.4量子线极化效应138

4.3.5量子线阵列集合140

4.4量子环141

4.4.1量子环电子能级结构141

4.4.2量子环自旋效应143

4.4.3量子环能谱特性145

4.4.4量子环非线性AB效应146

4.4.5量子环阵列集合148

4.5电子输运特性148

4.5.1量子点的电子输运特性149

4.5.2晶格应变对电子输运特性的影响150

4.5.3量子阱的电子输运特性150

4.5.4量子线的电子输运特性151

4.5.5量子环和量子盘的电子输运特性151

参考文献153

第5章 受限小量子体系的行为及调控156

5.1小量子体系特定构型和性能156

5.1.1物理方法特定构型调控156

5.1.2磁场调控小量子体系158

5.1.3纳米尺度的自旋关联158

5.2外场调控小量子体系160

5.2.1小量子体系的量子输运特性160

5.2.2实时量子反馈和光子数稳定态162

5.2.3光与物质交换动量的调控163

5.3调控分子体系的自旋态和磁学性质165

5.3.1分子体系的自旋波165

5.3.2强耦合与弱耦合165

5.3.3自旋极化磁学性质166

5.3.4耦合体系与环境间相互作用的调控168

5.4小量子体系的光谱特性169

5.4.1小量子体系的光谱特性169

5.4.2前驱波光谱特性170

5.4.3调控振幅和相位的堆叠前驱波171

参考文献173

第6章 光子晶体带隙调控175

6.1晶格特性175

6.1.1晶格中自由运动的电子状态175

6.1.2二维蜂窝晶格176

6.1.3三维柱形晶格176

6.1.4一维光晶格177

6.2能带理论178

6.2.1布洛赫（Bloch）本征态波函数178

6.2.2包络外场调控179

6.2.3电子-声子散射179

6.2.4自旋弛豫180

6.2.5自旋去相位181

6.3光子晶体带隙182

6.3.1光子晶体带隙的特性182

6.3.2缺陷光子晶体的能带结构184

6.3.3光子晶体微谐振腔带隙185

6.3.4光子晶体光纤带隙186

6.4光子晶格带隙调控187

6.4.1电场和磁场调控光子带隙187

6.4.2机械调控光子带隙188

6.4.3光调控光子带隙189

6.4.4温度调控光子带隙190

6.4.5特定气体调控光子带隙190

参考文献190

第7章 压缩光技术及应用192

7.1光场压缩态192

7.1.1压缩态的定义192

7.1.2正交相位光场压缩态193

7.1.3光子数压缩态193

7.1.4光强度差压缩态195

7.2压缩态光学测量196

7.2.1亚散粒噪声光学测量196

7.2.2强度差压缩光微弱信号测量197

7.2.3双光子测量压缩态198

7.3压缩光的应用200

7.3.1量子成像200

7.3.2自旋关联压缩降噪201

7.3.3用压缩态光实施光通信202

7.3.4用压缩态光测量运动目标203

7.3.5用压缩态光探测微芯片固态量子系统205

参考文献208

第8章 可控单光子源及探测209

8.1可控单光子源209

8.1.1单光子源特性209

8.1.2偏振调控高频单光子源210

8.1.3芯片单光子源212

8.2单光子测量213

8.2.1单光子探测213

8.2.2超精细测量214

8.3可控单光子的应用215

8.3.1单光子水平控制光开关215

8.3.2量子点内操控单量子态217

8.3.3单光子调控微机械共振217

8.4单光子测量的应用218

8.4.1超精细分辨218

8.4.2非线性效应调控219

8.4.3单光子控制的全光路由测量220

参考文献222

第9章 光学参量放大224

9.1光学参量振荡224

9.1.1光学参量振荡的基本原理224

9.1.2周期极化226

9.1.3可调控光学参量227

9.1.4参量带宽227

9.2光学参量啁啾脉冲放大228

9.2.1光学参量啁啾放大的基本原理228

9.2.2共线相位匹配光学参量放大230

9.2.3非共线相位匹配光学参量放大230

9.2.4压缩相干态光学参量放大231

9.3光学参量啁啾脉冲放大装置232

9.3.1小型化光学参量啁啾脉冲放大装置232

9.3.2增强型谐振腔光学参量啁啾脉冲放大装置233

9.3.3超宽带光学参量啁啾脉冲放大234

9.4光学参量啁啾脉冲放大装置的稳定性235

9.4.1抑制光学参量啁啾脉冲放大装置抖动235

9.4.2主动同步信号脉冲与泵浦脉冲236

9.4.3长期稳定的高功率光学参量啁啾脉冲放大器237

参考文献239

第10章 飞秒激光技术及应用241

10.1飞秒激光器的关键技术241

10.1.1克尔透镜锁模241

10.1.2半导体可饱和吸收镜锁模242

10.1.3飞秒激光谐振腔242

10.1.4色散补偿243

10.2光纤飞秒激光器244

10.2.1光纤244

10.2.2光纤锁模启动246

10.2.3飞秒脉冲形成247

10.3飞秒脉冲激光整形技术248

10.3.1光谱的展宽和脉冲压缩248

10.3.2白光产生与飞秒脉冲压缩249

10.3.3频域调制250

10.4飞秒脉冲激光测量技术及应用251

10.4.1相位测量251

10.4.2相位相干的测量252

10.4.3太赫兹波的探测及应用254

10.4.4双色飞秒激光脉冲产生太赫兹波255

10.4.5波导飞秒激光太赫兹脉冲256

参考文献257

第11章 新型量子调控器件应用及展望259

11.1量子器件259

11.1.1低维电子输运器件259

11.1.2低维光电器件260

11.1.3探测器件261

11.2微致动器262

11.2.1可调控光开关262

11.2.2微致动器的分类264

11.2.3微致动器在微光机电系统中的应用264

11.3传感器及应用265

11.3.1光纤传感器265

11.3.2光电传感器266

11.3.3激光传感器267

11.3.4偏振光导航267

11.4微腔型量子器件展望268

11.4.1微型腔和腔量子电动力学269

11.4.2二维腔型分子器件269

11.4.3自旋量子腔271

11.4.4多腔量子器件及应用272

参考文献273