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出版者:Springer-Verlag

作者:New Zealand Symposium on Laser Physics 1983 (University of Waikato)

出品人:

页数:263

译者:

出版时间:1983-6

价格:USD 25.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780387123059

丛书系列:

图书标签:

• 激光物理
• 光学
• 量子电子
• 激光技术
• 非线性光学
• 电磁学
• 固体物理
• 光谱学
• 光子学
• 材料科学

《量子光学的奇妙世界》 本书将带领读者踏上一段探索量子光学迷人领域的旅程。我们将从光的基本性质出发，深入了解光子、光的波动性与粒子性，以及它们在量子世界中的奇特表现。 第一章：光的粒子性与波粒二象性 本章将回溯光学的历史，从牛顿的微粒说，到惠更斯的波动说，再到爱因斯坦的光电效应解释，最终揭示光同时具有粒子和波的特性。我们将详细介绍光子的概念，理解光量子如何在能量和动量上表现出粒子行为，同时又能在干涉和衍射现象中体现出波动性。我们将通过分析杨氏双缝实验等经典实验，直观地展示这一核心概念。 第二章：量子光源与相干性 了解了光的量子本质后，我们将聚焦于量子光源的构建与特性。从热光源到相干光源，如激光，我们将详细阐述它们在产生光子时的区别。本章将重点解析相干性的概念，包括时间相干性和空间相干性，以及它们在光学干涉、全息术等领域的重要性。我们将探讨各种量子光源的产生机制，例如通过受激辐射产生的光，以及单光子源的设计与应用。 第三章：光与物质的相互作用 光与物质的相互作用是量子光学研究的核心。本章将深入探讨光子如何与原子、分子等微观粒子发生能量交换。我们将详细介绍吸收、发射和散射等基本过程。我们将分析光激发原子跃迁的量子力学原理，以及受激发射在放大光信号中的关键作用。此外，我们还将探讨拉曼散射、布里渊散射等现象，展示光子与物质振动模式的耦合。 第四章：量子光学器件与技术 基于量子光学的基本原理，一系列令人惊叹的光学器件和技术应运而生。本章将介绍这些前沿科技。我们将详细解析激光器的基本结构和工作原理，包括增益介质、谐振腔和抽运机制。我们将探讨不同类型的激光器，如气体激光器、固体激光器和半导体激光器，以及它们在通信、医疗、工业等领域的广泛应用。此外，我们还将介绍光电探测器、光调制器等关键光学元件，以及它们在光信号处理中的作用。 第五章：量子信息与量子计算的曙光 量子光学为量子信息科学奠定了坚实的基础。本章将展望量子信息和量子计算的未来。我们将介绍量子比特的概念，以及如何利用光子的偏振、轨道角动量等自由度来编码信息。我们将探讨量子密钥分发（QKD）等量子通信技术，以及它们在实现信息安全方面的革命性潜力。最后，我们将初步介绍量子计算的基本原理，以及量子计算机在解决特定复杂问题上的巨大优势。 第六章：非线性光学与光频转换 当光强足够大时，物质的响应将不再是线性的，从而引发非线性光学现象。本章将探讨这一迷人的领域。我们将介绍二次谐波产生、三次谐波产生、参量放大等典型非线性过程，以及它们如何实现光频的转换。我们将分析这些现象背后的微观机制，以及它们在光谱分析、精密测量和光存储等方面的应用。 第七章：量子测量与传感 利用量子光学原理，我们可以实现前所未有的精密测量和传感。本章将介绍量子测量技术。我们将探讨如何利用光子的量子涨落来提高测量精度，例如在干涉测量中实现超高分辨率。我们将介绍量子传感器的设计和工作原理，以及它们在引力波探测、磁场测量等领域的突破性进展。 《量子光学的奇妙世界》 是一本面向对光学和物理学有一定基础的读者编写的科普读物，它旨在激发读者对量子光学领域的兴趣，并提供一个清晰、深入且引人入胜的学习体验。本书不涉及激光器制造的工艺细节，也不探讨具体激光系统的参数优化，而是专注于量子光学背后深刻的科学原理及其广泛的应用前景。通过阅读本书，您将对光的本质有全新的认识，并为量子时代的到来做好准备。

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这本书的独特之处在于它对理论的“统一性”的强调，它不断地试图在看似不相关的物理领域之间搭建桥梁。作者花费了大量的篇幅来阐述信息熵与热力学第二定律之间的深刻联系，这种跨越不同尺度的思维方式，着实令人耳目一新。比如，通过布朗运动的统计分析，作者展示了宏观世界中不可逆性的根源，如何可以追溯到微观粒子随机碰撞的概率规律，这为理解“时间之箭”提供了坚实的物理基础。此外，书中对场论概念的引入也处理得非常优雅，它没有直接跳入复杂的张量分析，而是先从电磁场的基本性质入手，逐步引导读者理解物质与场的相互作用，最终自然地过渡到更现代的场论框架。这种层层递进、构建知识金字塔的教学方法，使得读者在学习过程中始终能把握全局，不会迷失在局部细节之中。整本书的视野非常开阔，它不仅关注“是什么”，更关注“为什么如此”，成功地激发了读者对自然界深层规律的探索热情，绝对是一本能提升思维格局的著作。

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这本书真是让我大开眼界，它深入浅出地剖析了量子力学的基础原理，尤其是薛定谔方程在描述粒子行为时的精妙之处。作者没有停留在公式的堆砌，而是通过大量生动的类比和实际案例，将原本晦涩难懂的概念变得触手可及。比如，关于波函数坍缩的讨论，它没有简单地给出教科书式的解释，而是从哥本哈根诠释到多世界诠释，进行了详尽的哲学和物理学思辨，这对于我这种希望理解“为什么”而不是仅仅满足于“是什么”的读者来说，简直是福音。书中对不确定性原理的阐述也极具洞察力，它不仅解释了动量和位置之间的固有联系，还探讨了信息论与量子世界观的交叉点，让人不禁思考我们对实在的理解是否还存在根本性的局限。此外，章节之间的逻辑过渡极其自然流畅，即便是初次接触量子物理的读者，也能沿着作者的思路稳步前行，最终构建起一个坚实的理论框架。整本书的排版设计也很人性化，图表的质量非常高，清晰地辅助了复杂概念的理解，绝对是一本值得反复研读的经典之作。

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我对这本书的实验方法论部分印象最为深刻。它详尽地介绍了各种测量技术的原理和实际操作中的陷阱，这对于任何希望从理论走向实践的研究人员来说，都是不可多得的资源。书中对误差分析的论述达到了近乎苛刻的程度，从系统误差到随机误差的区分，再到如何利用最小二乘法等统计工具对数据进行合理修正，每一个环节都讲解得细致入微。作者专门开辟了一个章节来讨论仪器校准和基准的建立，这部分内容在很多教材中是被一笔带过的，但恰恰是这些“基础工程”决定了实验结果的可靠性。例如，在描述光谱测量时，作者不仅解释了仪器的基本结构，还深入探讨了衍射极限对分辨率的影响，以及如何通过优化光路设计来提高信噪比。这种对“如何做实验”的关注，使得这本书的价值远远超出了纯粹的理论参考书范畴。它更像是导师在耳边低语，教导你如何成为一个严谨的、能够经受住同行审视的实践者。

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我对这本书的评价，主要集中在它对材料科学与宏观现象的连接能力上。很多物理学的专著往往沉溺于理论的精微，却忽略了这些理论如何体现在我们日常可见的物质世界中。然而，这本书非常巧妙地弥补了这一空白。它用大量的篇幅讲解了晶格振动——也就是声子——如何影响材料的热导率和电学性质。特别是对半导体中载流子输运机制的分析，详尽描述了杂质散射、声子散射和电子-电子相互作用的相对贡献，这些内容对于正在从事新型电子器件研发的人来说，具有极高的实用价值。作者的写作风格非常严谨，每一个论点都有扎实的数学推导作为支撑，但同时，他也没有忘记提醒读者，理论模型总是有其适用范围的。这种审慎的态度，体现了作者深厚的学术功底和对科学本质的深刻理解。读完后，我对为什么某些金属在低温下电阻会消失，以及为什么某些陶瓷具有优异的绝缘性，都有了更深层次的、基于微观机制的认知。这本书更像是一本高级的“物理学应用手册”，而非纯粹的理论导论。

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这本书的叙事方式极其引人入胜，它采用了类似于历史传记的笔法来梳理整个物理学思想的演变历程，而非简单的知识点罗列。我尤其欣赏作者对那些关键性实验的描述，它们不仅仅是数据点的呈现，更像是悬念迭起的侦探故事。例如，对光电效应实验的重构，作者生动地描绘了经典物理学在这个实验面前如何陷入“僵局”，以及爱因斯坦是如何以一种近乎“革命性”的姿态，引入了光量子这一概念来打破僵局的。这种叙事策略极大地增强了阅读的代入感，让人能真切地感受到科学发现过程中那种挣扎、顿悟与突破的激动人心。书中对不同学派之间争论的刻画也十分精彩，它展现了科学并非是一条笔直向前的坦途，而是充满了观点碰撞和范式转移的复杂过程。通过这种“讲故事”的方式，即便是那些较为枯燥的数学推导部分，也被赋予了生命力和背景意义。对于那些想了解现代物理学是如何一步步建立起来的读者来说，这本书无疑是极佳的选择，它提供了丰富的历史维度和思想背景。

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