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出版者:北京航空航天大学出版社

作者:郭培源

出品人:

页数:230

译者:

出版时间:2005-9

价格:19.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787810776844

丛书系列:高等学校通用教材

图书标签:

• 光纤
• 光电子技术
• 光电子学
• 半导体光电器件
• 光通信
• 激光技术
• 显示技术
• 传感器
• 光电检测
• 物理学
• 电子工程

量子光学与信息处理 书籍概述： 本书深入探讨了量子光学这一前沿领域，聚焦于光与物质相互作用的微观机制，并将其应用于信息处理的前沿技术。全书结构严谨，内容涵盖从基本的光量子理论到复杂的量子信息系统设计与实现，旨在为读者构建一个全面而深入的知识体系。 第一部分：量子光学的基本原理 本部分致力于夯实量子光学的理论基础。首先，我们详细阐述了电磁场的量子化概念，引入了光子的概念及其在量子力学框架下的描述。通过对光场量子态（如相干态、压缩态、压缩真空态）的深入分析，读者将理解如何利用量子力学精确描述和操控光场。 随后，章节重点转向光与物质的相互作用。我们详细解析了原子、分子与单光子、多光子场的耦合机制，包括吸收、自发辐射、受激辐射等基本过程。利用半经典和全量子化的方法，我们推导了描述这些相互作用的薛定谔方程和演化算符，为后续的量子光学实验和器件设计奠定了理论基础。特别地，我们引入了密度矩阵理论，用以处理开放系统中的退相干效应和量子态的演化，这对于理解真实环境下的量子现象至关重要。 本部分还专门辟出一章介绍量子噪声理论。光信号的极限性能往往受限于量子噪声，我们从海森堡不确定性原理出发，系统地分析了散粒噪声的本质，并探讨了如何通过制备低噪声光场（如压缩态）来突破经典极限。这部分内容是理解量子增强测量的关键。 第二部分：量子态的制备与操控 本部分是连接理论与实验的桥梁，详细介绍了当前制备和操控复杂量子态的主要技术手段。 非线性光学： 深入研究了材料的非线性响应，重点介绍了参量下转换（SPDC）和参量放大（OPA）技术。这些技术是产生高质量纠缠光子对和压缩态光场的“基石”。我们不仅讨论了晶体选择、泵浦光选择对所产生光子特性的影响，还探讨了如何利用泵浦光的时域和频域结构来定制量子态。 量子点与腔QED： 鉴于半导体量子点在集成化量子光学中的巨大潜力，本书详细阐述了量子点作为人工原子的特性。我们分析了其能级结构、耦合机制，以及如何利用高品质光学腔实现强耦合效应。强耦合区域的混合激子-光子模式（极化激元）为实现高效的量子态传输和单光子源提供了新的途径。 光纤与集成光学： 面对未来量子计算对可扩展性的需求，本部分探讨了如何利用光纤和集成波导来传输和操控量子信息。我们讨论了光纤中的非线性效应、模式转换技术，以及微纳光子芯片上实现量子逻辑门所需的波导耦合器和分束器。 第三部分：量子信息处理的应用 本部分将前两部分的理论与技术应用于实际的量子信息处理任务，这是本书最具应用价值的部分。 量子密钥分发（QKD）： 详尽介绍了基于不同物理原理的QKD协议。重点讲解了BB84协议、E91协议（基于纠缠）以及基于诱骗态的方案，用以应对探测器效率不佳等实际挑战。我们不仅关注理论安全证明，还讨论了实际QKD系统的实现细节，如光子源的性能要求、信道衰减的补偿机制以及后处理（隐私放大和强纠错）的实现。 量子计算模型： 本书系统地介绍了当前主流的量子计算范式，包括基于通用量子门的电路模型和基于量子态演化的拓扑模型。对于电路模型，我们详细分析了如何利用基本量子门（如CNOT、Hadamard）构建复杂的量子算法，如Shor算法和Grover算法的原理框图。对于拓扑模型，我们侧重于测量驱动的量子计算（MBQC），阐述了簇态的制备及其在单趟测量下实现通用计算的能力。 量子传感与计量： 利用量子叠加态和纠缠态对外界微小扰动的敏感性，是实现超精密测量的基础。本部分介绍了利用压缩态光场提高标准量子极限（SQL）下的测量精度，以及利用原子钟和量子干涉仪来探测引力、磁场和加速度的原理。特别地，我们探讨了亥姆霍兹干涉仪在探测引力波中的潜力。 第四部分：前沿与挑战 最后，本书展望了量子光子学和量子信息领域的最新研究热点与未来挑战。包括对拓扑光子学中拓扑绝缘体和拓扑半金属光响应的研究，旨在开发具有内在鲁棒性的光子器件。此外，我们还探讨了可编程光子处理器的设计思路，即如何利用可重构的纳米光学元件来实现动态的量子态操控。 本书力求在深度和广度上达到平衡，既为初学者提供坚实的理论基础，也为资深研究人员提供深入的技术细节和前沿视角。全书配有大量详尽的数学推导和工程实例，确保读者能够真正掌握量子光场调控与信息处理的核心技能。

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说实话，在购买这本书之前，我有些担心它会不会太过于理论化，毕竟“基础教程”四个字有时候会让人望而却步。但这本书的实践性远超我的预期。作者并没有仅仅罗列各种公式和定律，而是将理论知识与实际应用紧密结合，通过大量的实验设计和结果分析，让我直观地理解了光电效应在现实中的体现。例如，在讲解光电二极管时，书中不仅介绍了其PN结结构和光电流的产生机理，还给出了一些常见的应用电路，以及如何通过调整偏置电压来优化器件的响应速度和灵敏度。我特别喜欢关于光电传感器的章节，它详细介绍了不同类型传感器的优缺点，以及在工业自动化、环境监测等领域的应用实例。我甚至根据书中的指导，尝试搭建了一个简单的光电开关，虽然只是一个小小的项目，但整个过程让我受益匪浅，也更加深刻地理解了书本上那些抽象的理论。这本书的语言也非常接地气，很多地方都用了生动形象的比喻，让我这种初学者也能快速掌握核心概念。它不仅仅是一本教材，更像是一位循循善诱的导师，引导我一步步走进光电子技术的奇妙世界。

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对于我这种已经有一些光电子行业工作经验的人来说，这本书更像是对过往知识的一次系统梳理和升华。我之前工作中接触到的一些光电器件，其背后的原理我可能只是一知半解，这本书正好弥补了我的知识盲区。比如，书中对激光器和LED的发光原理进行了非常详尽的阐述，包括了能带理论、受激辐射和自发辐射等关键概念，让我对不同发光器件的性能差异有了更深刻的理解。我还特别关注了关于光纤通信的部分，作者详细介绍了光纤的传输特性，包括模态色散、材料色散以及非线性效应等，这些都是我在实际工作中经常遇到的问题。书中还提到了光探测器的噪声分析，这对我优化信号处理链路非常有帮助。这本书的讲解风格非常严谨，但又不失逻辑性，每个章节之间都衔接得非常自然，让我能够循序渐进地掌握知识。我尤其欣赏书中对一些前沿技术，如光计算和量子光学的一些初步介绍，虽然只是点到为止，但也为我指明了未来学习的方向。这本书让我意识到，即使是在熟悉的领域，也总有新的知识等待我去发掘。

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这本书以一种非常独特的方式，将抽象的光电子理论与具体的工程实践联系了起来，我感觉自己像是进入了一个光电技术的“实验室”。作者在讲解每个概念的时候，都会辅以大量的图表和公式推导，但这些都并非是为了增加难度，而是为了帮助读者建立起扎实的理论基础。我最喜欢的是书中关于半导体光电材料的部分，它详细介绍了硅、砷化镓、氮化镓等不同材料的光电性能，以及它们在不同应用场景下的选择依据。书中还深入剖析了光电器件的制造工艺，比如外延生长、光刻、刻蚀等，这让我对器件的实际生产过程有了更直观的认识。我尤其关注了书中关于光电检测技术的内容，它介绍了各种检测方法的原理和优缺点，以及在精密测量和无损检测等领域的应用。这本书的排版也很合理，清晰的章节划分和索引，让我能够方便地查找所需信息。它不是一本让你死记硬背的书，而是鼓励你去思考，去探索，去动手实践的书。

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坦白说，我一开始是被这本书的书名所吸引，觉得“基础教程”应该会比较容易上手，但实际阅读后，我发现它远比我预想的要深入和全面。作者在开篇就为我们勾勒出了光电子技术发展的大致脉络，然后才开始深入讲解具体的理论和器件。我特别赞赏书中关于光与物质相互作用的物理基础的阐述，它从量子力学的角度解释了光子的产生和吸收机制，为理解后续的光电器件原理打下了坚实的理论基础。书中对光电探测器的分类和工作原理的讲解非常详尽，从光电导探测器到光电倍增管，再到半导体光电二极管，每一个器件的特点和适用范围都讲得清清楚楚。我还在书中看到了关于光电调制器和光电开关的介绍，这些在自动化控制和信息传输中都扮演着重要的角色。这本书的语言风格非常学术化，但又保持着清晰的逻辑和严谨的态度，让我能够感受到作者深厚的学术功底。它是一本值得反复研读的书，每次阅读都会有新的体会和收获。

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这本书真的让我对光电转换有了全新的认识，我之前一直以为光电子技术就是简单地把光变成电，但这本书打开了我全新的视角。它从最基础的光学原理讲起，比如光的波动性和粒子性，以及它们是如何与物质相互作用的，然后逐步深入到半导体材料的光电特性，像PN结的光电效应、光导效应等等，每一步都讲解得非常透彻。书中还详细介绍了各种光电器件的工作原理，比如光电二极管、光电三极管、太阳能电池，甚至还提到了光电倍增管和CCD等更复杂的器件。最重要的是，它不仅仅停留在理论层面，还结合了大量的实际应用案例，比如在光通信、光传感、显示技术、医疗诊断等领域，我看到了光电子技术是如何改变我们的生活的。这本书的图示非常丰富，很多概念都通过清晰的图表得以可视化，这对于我这种理工科背景不太强的读者来说，简直是福音。而且，作者的语言非常生动，不像很多教科书那样枯燥乏味，读起来就像是在听一位经验丰富的老师在娓娓道来，让我能够轻松地理解那些看似复杂的概念。虽然我还没完全读完，但我已经能感受到这本书的价值，它为我后续更深入地学习光电子学打下了坚实的基础。

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