量子光学:继激光之后的光学理论

dameinv · 发表于 2016-3-11 10:46:43

　　量子光学是应用辐射的量子理论研究光辐射的产生、相干统计性质、传输、检测以及光与物质相互作用中的基础物理问题的一门学科。量子光学一词是在有了激光后才提出来的。
　　量子光学应用辐射的量子理论研究光辐射的产生、相干统计性质、传输、检测以及光与物质相互作用中的基础物理问题的一门学科。量子光学一词是在有了激光后才提出来的。在这以前，也已从实验与理论上认识到光的量子性质，如黑体辐射分布、光电效应、康普顿效应、视觉存在阈值（人眼能觉察到的最小平均光流约100～200个光子／秒）以及在阈值附近观察光流能量起伏即黑体辐射的量子起伏项。但在光的反射、折射、干涉、衍射等现象中应用物理光学的光的波动观点，已能很好描述。习惯上对光场亦即辐射场采用满足麦克斯韦方程组的波动处理，而电子、原子则采用量子力学描述，这就是半经典近似理论。激光出现后，由于对激光的相干统计性质的测量，半经典近似理论已不能解释。只有对辐射场也进行量子化，得出比半经典理论更准确的包括辐射场、原子体系在内的全量子理论方程。求解这些方程，便能得出光的相干统计性质测量的解释。

　　到了19世纪，特别在光的电磁理论建立后，在解释光的反射、折射、干涉、衍射和偏振等与光的传播有关的现象时，光的波动理论取得了完全的成功（见波动光学）。19世纪末和20世纪初发现了黑体辐射规律和光电效应等另一类光学现象，在解释这些涉及光的产生及光与物质相互作用的现象时，旧的波动理论遇到了无法克服的困难。1900年，M•普朗克为解决黑体辐射规律问题提出了能量子假设，并得到了黑体辐射的普朗克公式，很好地解释了黑体辐射规律（见普朗克假设）。1905年，A.阿尔伯特•爱因斯坦提出了光子假设，成功地解释了光电效应。阿尔伯特•爱因斯坦认为光子不仅具有能量，而且与普通实物粒子一样具有质量和动量（见光的二象性）。
　　1923年，A.H.康普顿利用光子与自由电子的弹性碰撞过程解释了X射线的散射实验（见康普顿散射）。与此同时，各种光谱仪的普遍使用促进了光谱学的发展，通过原子光谱来探索原子内部的结构及其发光机制导致了量子力学的建立。所有这一切为量子光学奠定了基础。20世纪60年代激光的问世大大地推动了量子光学的发展，在激光理论中建立了半经典理论和全量子理论。半经典理论把物质看成是遵守量子力学规律的粒子集合体，而激光光场则遵守经典的麦克斯韦电磁方程组。此理论能较好地解决有关激光与物质相互作用的许多问题，但不能解释与辐射场量子化有关的现象，例如激光的相干统计性和物质的自发辐射行为等。在全量子理论中，把激光场看成是量子化了的光子群，这种理论体系能对辐射场的量子涨落现象以及涉及激光与物质相互作用的各种现象给予严格而全面的描述。对激光的产生机理，包括对自发辐射和受激辐射更详细的研究，以及对激光的传输、检测和统计性等的研究是量子光学的主要研究课题。

kelvin874874 · 发表于 2016-6-27 10:05:47

谢谢分享！学习了！！！

ledcurtain · 发表于 2016-6-20 22:57:42

谢谢分享！学习了！！！

ie4076653 · 发表于 2016-6-10 19:29:20

领域高深，量子光学今后的方向是什么？

kaye · 发表于 2016-6-10 10:23:35

感觉好难的学科啊，不过是光学领域的重点之一

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