量子光学第二讲,相干态与压缩态
量子光学 544
量子光学 百科名片 量子光学 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。 目录[隐藏] [编辑本段] 简介 概念 量子光学quantum optics 以辐射的量子理论研究光的产生、传输、检测及光与物质相互作用的学科。到了 量子光学图例 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）。 光子假设
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 量子光学图例 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。[编辑本段] 研究内容 统计性质 下面从光的相干统计性质、自发辐射、受激辐射等方面简要阐述量子光学的内容。 图1a示出由点光源S发出经双缝P1，P2的振动E1(t+τ)，E2(t)在屏上Q点叠加，光强I(Q)可表示为 图1a 式中〈〉表示对时间t求统计平均，τ表示经狭缝P1，P2的光的相对时间延迟，с为光速。式(1)右端前两项为E1，E2的光强，后两项为E1，E2在Q点叠加后的干涉项，描述屏上干涉条纹。若将狭缝拿掉如图1b，用光电管接收Q，Q'点的光强，输出随机的光电流信号n(t+τ)，n'(t)， 图1d 。实验表明，这两个随机信号存在一定的相关性。它们的积对时间求平均n(t+τ)n'(t)>与相对时间延迟τ有关，这种相关性又称为光子符合计数。因为仅当n(t+τ)与n'(t)
第21章--量子光学基础
第21章--量子光学基础
第二十一章 量子光学 基础 一、选择题 1、用频率为ν1的单色光照射某一种金属时，测 得光电子的最大动能为E K 1；用频率为ν2的单色 光照射另一种金属时，测得光电子的最大动能为 E K 2．如果E K 1 >E K 2，那么 (A) ν1一定大于ν2． (B) ν1一定小于ν2． (C) ν1一定等于ν2． (D) ν1可能大于也可 能小于ν2． ［ D ］ 2、用频率为ν1的单色光照射某种金属时，测得 饱和电流为I 1，以频率为ν2的单色光照射该金属 时，测得饱和电流为I 2，若I 1> I 2，则 (A) ν1 >ν2． (B) ν1 <ν2． (C) ν1 =ν2． (D) ν1与ν2的关 系还不能确定． ［ D ］ 3、已知某单色光照射到一金属表面产生了光电 效应，若此金属的逸出电势是U 0 (使电子从金属 逸出需作功eU 0)，则此单色光的波长λ 必须满 足： (A) λ ≤)/(0eU hc ． (B) λ ≥)/(0 eU hc ． (C) λ ≤)/(0 hc eU ． (D) λ ≥) /(0hc eU ． ［ A ］ 4、已知一单色光照射在钠表面上，测得光电子 的最大动能是 1.2 eV ，而钠的红限波长是5400
?，那么入射光的波长是 (A) 5350 ?． (B) 5000 ?． (C) 4350 ?． (D) 3550 ?． ［ D ］ 5、在均匀磁场B 内放置一极薄的金属片，其红 限波长为λ0．今用单色光照射，发现有电子放出， 有些放出的电子(质量为m ，电荷的绝对值为e ) 在垂直于磁场的平面内作半径为R 的圆周运动， 那末此照射光光子的能量是： (A) 0λhc ． (B) 0 λhc m eRB 2)(2+ ． (C) 0λhc m eRB +． (D) 0λhc eRB 2+． ［ B ］ 6、一定频率的单色光照射在 某种金属上，测出其光电流 的曲线如图中实线所示．然 后在光强度不变的条件下增 大照射光的频率，测出其光电流的曲线如图中虚线所示．满足题意的图是： ［ D ］ O I U O I U O I U O I U
量子光学考试综述
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1. 相干态的定义： 错误! 错误!平移算符 相干态的特性： 错误!光子数分布：泊松分布 错误!非正交、超完备 错误!最小不确定乘积态 介于经典态和非经典态之间的一种态 2. 相干态的，光子数分布为随机分布<泊松分布），通常， 的光场量子态称为光子群聚态，意味着光子倾向于成对到达探测器；的光场量子态称为光子反群聚态，意味着光子倾向于以均匀的时间间隔到达探测器。因此，热光场态是一种光子群聚态，而光子数态是一种光子反群聚态。光子反群聚效应是一种所谓的非经典效应，从而间接证明了光子数态为非经典态，热光场态为经典态，而相干态是一种介于经典态和非经典态的状态。b5E2RGbCAP 3电磁场量子态的准概率分布函数<有；P—函数、Q—函数、Wigner 函数）：电磁场量子态在相空间的表示p1EanqFDPw 下面定义三种特征函数：
其中是复参数，以上分别叫做正规排列特征函数、反正规排列特征函数和Wigner特征函数。 三种准概率分布函数与三种特征函数之间的对应关系为： 具有非负性和非奇异性，因此具有与经典统计力学中的概率分布函数完全相同的性质，可以看作真正意义上的概率分布函数。但是随量子态的变化不够灵敏，因此它有时不能很好地区分不同的量子态。对有些量子态，可以取负值或具有奇异性，因此它是一种准概率分布函数。但有些量子态<例如光子数态）的往往过于奇异，以至于不符合通常意义上函数的定义。对有些量子态，可以取负值，因此它也是一种准概率分布函数。相比之下，对常见的量子态，是非奇异的，且它随量子态的变化比 灵敏，因此可以很好地区分不同的量子态。还具有其它一些优点，因此它是一类重要的准概率分布函数。DXDiTa9E3d 4.半经典理论中在光场的作用下原子的布居数差呈现标准的余弦振荡，而全量子理论中原子的布居数出现崩塌与再现。RTCrpUDGiT 当入射光场为真空态时， 全量子理论与半经典理论的主要区别在于：半经典理论中如果没有光场作用，处于上能态的原子将不会向下能态跃迁；而全量子理论
量子光学与量子信息讲课教案
量子光学与量子信息
量子光学与量子信息 摘要：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物理问题的一门学科。 关键字：量子光学量子信息 JC模型 TC模型 早在1900和1905年,普朗克和爱因斯坦就提出了光量子假说,并成功解释了黑体辐射谱分布与光电效应,确定了光具有波粒二象性的基本物理思想。然而,长期以来由于经典电磁辐射理论能完满地解释绝大多数物理光学实验现象,光的量子理论并未得到系统发展。直到2O世纪7O年代以后,随着激光与光电子技术的进步,一系列用经典理论无法解释的非经典光学效应逐步被实验观测,才形成了以量子化光场为基础的量子光学学科领域。 光量子或称光子为基本能量单元的量子化光场遵循量子电动力学基本规律,严格地说只有用QED理论,才能解释迄今为止所观察到的所有光学现象。量子光学用量子电动力学理论研究光场的量子性和相干性,以及光与原子相互作用的量子力学效应。当前,量子光学中应用性较强的重要研究领域有:光场的量子噪声,光场与物质相互作用中的动量传递、腔量子电动力学等。 在光学与原子物理这门课程的学习中，我们了解到了量子化这个概念。那么，量子光学在科技实验研究中有哪些应用呢？ 首先，量子光学的原理和理论基础为： 热辐射基尔霍夫定律 一．热辐射
1．热辐射：在一定时间内辐射能量的多少及能量按波长的分布都与物体的温度有关，故称电磁辐射为热辐射（温度辐射）； 辐射能(λ,T )，如炉子,酒精灯… 2．平衡热辐射：相同时间内辐射与吸收的能量相等，T 不变 二． 辐出度(辐射出射度,发射本领) 1． 单色辐出度：单位时间内从物体表面单位面积上向各个方向所发射的波长在λλλd ~+范围内辐射能量)T (dE λ和波长间隔λd 的比值 λ λλd )T (dE )T (e = 2． 辐出度：单位时间内从物体表面单位面积上向各个方向所发射的各种波长的辐射总能量。 λλd )T ,(e )T (E ?∞ =0 三． 吸收比、反射比 1． 吸收比：J B )T (a = 单色吸收比：) T ,(J )T ,(B )T ,(a λλλ= 2． 反射比：J R )T (=ρ 单色反射比：) T ,(J )T ,(R )T ,(λλλρ= 不透明物体：1=+)T ,()T ,(a λρλ 四． 绝对黑体（黑体） 1． 定义：1=)T ,(a λ的物体
压缩语段下定义教案
压缩语段下定义 一、考点分析 压缩语段类考题最常见的形式是下定义，下定义就是抓住事物的特征并正确表述概念的内涵和外延，即揭示概念所反映的对象的特点或本质的一种逻辑方法。其基本格式为： 二、牢记一个公式： （一）被定义概念=种差+邻近属概念。 “种差”是指同一属概念下的种概念所独有的属性（即和其它属概念的本质差别），属概念即指被定义概念所属的大类，也就是归类；在种属关系中，外延大的包含另一概念的概念。例如“工具书”与“词典”，前者属于属概念，后者则是种概念。“邻近属概念”指包含被定义者的最小的属概念。下定义时，首先在提供的材料中找一个比种概念大一级的概念，即邻近属概念。邻近属概念的出现一般有两种情况，一是隐含在所给材料中，要考生自己去提取或者归纳；一种是提取的属概念中没有现成的属概念，需要考生根据材料的内容自己确定属概念。 （二）请给“苹果”下个定义：苹果是水果。 下定义，要有个判断词“是”，“是”前后的表述内涵相等，可以互换，即 A 等于B，B也等于A。“苹果是水果”仅仅是作解释，不是下定义，因为不能倒过来说“水果是苹果”。苹果是落叶乔木所结的果实圆形的果皮青黄或红的供生食的味甜或略酸的一种普通水果。（下定义）因为前后可以倒过来说。解题时注意语言表达的完整性，逻辑思维的严密性。 （三）试比较下面的两种形式，第一种为下定义格式，第二种则是解释。 自来水笔是一种有着金属笔头，能吸墨水的笔。 自来水笔是一种笔，它有着金属笔头，能吸墨水。 多采用判断单句的形式。其格式多为：“×××（种概念）是×××的×××（属概念）”。如：无理数（种概念）是（判断词）无限而不循环（本质特征）的小数（属概念）；直角三角形是有一个角是直角的三角形（种差，独有的属性，区别，特征）（邻近的属概念）或“×××叫×××”，如：无限而不循环的小数叫无理数。 三、解题步骤 第一步：提取“邻近属概念” 下定义时，首先在提供的材料中找一个比种概念大一级的概念，即邻近概念。邻近概念的出现一般有两种情况，一是隐含在所给材料中，要考生自己去找出来；一种是提取的属概念中没有现成的属概念，需要考生根据材料的内容自己确定属概念。 第二步：寻找种差 就是寻找那些属于邻近属概念的信息点。要注意有些种差是由多个属性组成复杂的属性，这些属性提取时一个也不能少，否则会造成定义不严密。 第三步：整合成单句 整合成单句就是将被定义者、种差、属概念，用“是”、“叫”等一类连接词连结起来，使之符合“被定义者=种差+邻近属概念”的公式。要注意这些属性组成的种差是多项定语的排列规律。确定陈述语序，合理排序。确定陈述语序时，一定要仔细分析所给种差的材料，寻找其中的陈述线索，是时间顺序、空间顺序，还是逻辑顺序。 第四步，消语病。语言要组织一下，个别地方微调。默读一遍，看顺不顺。 第五步，誊答案。 【例题1】（2006全国卷Ⅱ）请筛选、整合下面文字中的主要意思，拟写一条“魔术”的定义。要求语言简明，条理清楚，不超过50个字。 魔术这种杂技节目以不易被观众察觉的敏捷手法和手段，使物体在观众眼前出现奇妙的变化效果，或出现或消失，真可谓变化莫测。
量子光学2012.6.18
2011级全日制“光学与原子分子”专业 《量子光学 》课程复习题 一、名词解释：量子拍；超荧光；光频梳；原子钟；旋波近似；时间相干性和空间相干性；红外光谱；量子扩散；拉曼光谱。 二、问题回答： 1、激光的全量子理论与经典激光理论的相同点与不同点在哪里。 2、腔量子电动力学理论的应用和发展经历。 *3、为什么V 型三能及原子与光场相互作用出现量子拍而Λ型三能及原子不出现。 三、设a 为量子化电磁场的湮灭算符，证明： 1. [ ]+ ++??= a a a a n n , 证明：左边=[][][])1()1()2()1(,,,-++-+-+++-++=+++n n n n na a a a a a a a a a a ， 右边=)1(=+n na ， 左边=右边，等式成立。 2. 设∑ -=n n n n e ! 2 2 α αα ，仅当121>>-αα时，该两模相干态才近似正交的。 由已知：∑ -=n n n n e ! *1 2 /||12 1ααα， ∑ -=m m m m e ! 2 2 /||2 2 2αα α， 2 * 12 2212 2212 22 12 22 12 /)|||(|2 *12 /)|||(|2 *1 2 /)|||(|2 *12 /)|||(|21! ! ! ! ! ααααααααααααδααααααe e n e m n e m n m n e n n n n m nm m n n m m n +-+-+-+-====∑ ∑ ∑ ∑ ∑ 则：2 21* 2 12*12221|) (|)|||(|2 2 1αααααααααα--+++-==e e 当121>>-αα时，即∞→-||21αα
压缩语段之下定义
压缩语段之下定义 今天开始复习语言知识运用部分，使用的资料是《普通高中总复习手册语文》，在这一章节中主要分为压缩语段、仿用句式、变换句式、语言得体、语言连贯、图文表文转换六大部分。 下定义需要注意的几点： 1.下定义的格式为： 小=特+大 （小是小概念，特指本质特征，大是指大概念。） 三步：找大，找特，连接。尤其值得注意的是在找大时的“大”指大概念，必须是比被定义概念大一级的概念，词性上应该是名词。
如：根据下面一段文字，为“流星”下定义。不超过39个字（含标点）。 国家天文台月球与深空探测应用中心首席研究员李春 来解释，简单说来，小行星就是太阳系内像行星一样围绕着太阳公转，但体积和质量都比行星要小得多的天体，“就像一些小碎片，主要集中在火星和木星之间。”有些“小碎片”会脱离轨道，一旦它们的运动轨迹与地球轨道交叉，并被地球磁场捕获，就会坠落到地球上。在坠落的过程中，它们与大气层磨擦燃烧，“这就是流星。如果没有燃烧干净落到地面上，就是陨石。” 有的同学下定义为：流星是体积和质量都很小的天体在坠落地球的过程中与大气的摩擦燃烧。 这里的大概念成为了“摩擦燃烧”，首先错在它不是比流星大一级的概念，只是对其内涵的解释；其次，错在它不是名词性词语，而是动词性词语。
2.下定义的句式一般是单句。 如：04年浙江卷第22题提取下列材料的要点，整合成一个单句，对“二十四史”作一解说。(可适当增删词语，不得改变原意) 二十四史是采用纪传体的体例，是比较系统的记录了中国四千多年的历史,为封建统治阶级提供历史借鉴,封建统治者称它为”正史”。 在这个句子中，有两个主语：二十四史和封建统治者；还有两个是作为谓语。这样一句话包含了三个分句，显然是不符合要求的。 3.下定义的语言表述形式必须是肯定的表述形式，而不能是否定形式。 例如：唯物主义不是唯心主义；
高三语文复习：压缩语段之下定义 教学设计
教学设计 学科语文授课教师授课班级 题目高三语文复习：压缩语段之下定义课型复习课 课时1课时授课时间 教学方法讲授归纳法、讨论 法 教学目标 1. 掌握下定义类语言表达题的基本要求、答题思路。 2. 突破难点，准确筛选关键信息并能合理表达，提升解题能力。 3．通过练习巩固，提高综合能力。 教学重点1、掌握下定义类语言表达题的基本要求、答题思路。 2、突破难点，准确筛选关键信息并能合理表达，提升解题能力。 教学难点通过练习巩固，提高综合能力。 辅助教具多媒体 教学内容、方法和过程教学反思一、一轮回顾，明确要求 例1：（2015厦门市3月质检）18．将下列材料整合成一个单句，对“工匠精 神”作一解说。（可适当增删词语，但不得改变原意）（3分） ①后工业化时代需要借鉴传统的“工匠精神”。②传统工匠注重细节。 ③工匠精神代表一种信仰和理想。④传统工匠追求专业的极致。 答：工匠精神是后工业化时代借鉴工匠注重细节、追求专业极致这一传统的信 仰和理想。或：工匠精神是后工业化时代借鉴工匠传统，注重细节、追求专业 极致的信仰和理想。 回顾答题思路：首先确定邻近的属概念和定义句的基本句式；接着将表示 概念特有属性的材料筛选出来，按照一定的顺序，整合转化为属概念前的种 差。小结：这类题目所提供的材料或是几个独立的句子，或是一个完整的 段落，而题目又多要求用单句形式给概念下定义。有的还有明确的字数限制， 就将筛选整合信息的要求更加明确化了。这时，下定义作为一道语言综合运用 题，除压缩语段和变换句式外，还包括信息筛选、内容整合以及表达简明、连 贯、得体。 二、二轮提升，学生试评 如何确定邻近的属概念和定义句的基本句式，从材料中提取概念所表示事 物的特有属性，并将它们整合成种差，是下好定义的关键。 例2：提取下列材料中的要点，整合成一个单句，解释“端午节”。（不超 过35个字）4分 ①端午节是我国民间的一个传统节日。②端午节的时间是在每年的夏五 月初五这一天。③端午节的起源说法不一，但大多认为源于纪念投汨罗江自 沉的战国时期楚国爱国诗人屈原。④过端午节人们通常要赛龙舟，今年湖北
2014年量子光学考试试题
2013-2014年第二学期《量子光学基础》考试试题 1、V 型三能级原子与两个经典光场作用。频率为ω1的经典光场与能级|a>，|b>耦合，频率为ω2的经典光场与能级|a>，|c>耦合。系统的哈密顿量为H =H 0+H 1，H 0=?ωa |a >
(完整word版)2020年高考语文一轮总复习《压缩语段》：下定义
2020年高考语文一轮总复习《压缩语段》：下定义下定义是揭示概念内涵的逻辑方法，就是把概念所反映对象的本质属性揭示出来。表达一般用“被定义概念(种概念)”＝“种差”(种概念区别于同一类属的其他概念的特性)＋“邻近的属概念”(大概念)的形式。 如何“下定义” 例1阅读下面的文字，提取主要信息，给“播客”下定义。(不超过40个字) 播客的英文名称为Podcast，我们可以简单地将其视为个人的网络广播。播客是作者借助数字广播技术，将其录制的声音和视频节目，上传到互联网，通过专门软件与便携播放器实现播放，从而与广大网友分享。网友不必实时接收，也不必端坐于电脑前，可将节目下载到自己的播放器中，随时随地收听、收看。 _________________________________________________ [答案]播客是借助数字广播技术制作声音和视频节目上传到互联网与网友分享的个人网络广播。 [解析]要给“播客”下定义，先要找到“播客”的“邻近属概念”——“网络广播”。“播客”的本质特点为“借助数字广播技术”“将声音和视频节目上传到互联网与网友分享”；而“不必实时接收，也不必端坐于电脑前”等，是次要特点，可以略去。最后根据公式，给“播客”下定义。 名师教你解题 例2阅读下面几句话，给“飘色”下一个定义，不超过100个字。 ①飘色是一种融魔术、杂技、音乐、舞蹈于一体的古老民间艺术。 ②飘色在不同地区又有抬阁、彩擎、高抬、彩架、扎故事等各种名称。 ③飘色的表演者站在被称为“色柜”的小舞台上，以巡游的形式表现民间传说或神话故事的片段。
④其神奇之处就在于，演员们通过精心伪装的钢枝凌空而立，利用巧妙的力学原理，营造出“飘”的效果。 _________________________________________________ _________________________________________________ [答案]飘色又叫抬阁、彩擎、高抬、彩架、扎故事等，是一种运用巧妙的力学原理凌空表演民间传说或神话故事片段，以巡游的形式，融魔术、杂技、音乐、舞蹈于一体的古老民间艺术。 [解析]首先找到邻近属概念“古老民间艺术”，然后找到种差“融魔术、杂技、音乐、舞蹈于一体”“巡游的形式表现民间传说或神话故事的片段”“凌空而立，利用巧妙的力学原理，营造出‘飘’的效果”，然后将这些句子按一定的顺序排列。 例3对下面这段文字提供的信息进行筛选、整合，给“创造”下定义，不超过30字。 作为人的一种活动，创造包括思维活动和行为活动。创造一定要获得成果。形形色色的创造成果可以分为两种类型：一类是精神性的，即新的认识；另一类是物质性的，即新的事物。这些创造成果不管以何种形式表现出来，都必须具备“首次获得”这个必要条件。 _________________________________________________ _________________________________________________ [答案]创造是人首次获得精神或物质成果的思维和行为活动。 [解析]下定义时首先要根据所给材料明确被定义对象的邻近属概念、本质特征，及题干中的字数等要求，然后对文段中有关“创造”的特征内容进行总结概括，最后用判断句的形式重新整合句子。组织句子时既不能漏掉主要信息，又要符合句式要求。解答本题时首先要弄清“创造”的含义，即“创造”是一种“思维”和“行为”活动，并且一定要“获得成果”，这“成果”又分为“精神性”和“物质性”两种，而且必须具备“首次获得”这个条件。最后把这些信息整合到一起就构成了“创造”的定义。 名师教你解题 1．提取“邻近属概念” 下定义时，首先在提供的材料中找一个比种概念大一级的概念，即邻近属概
量子光学作业1
作业一 Maxwell方程的物理意义及其应用举例。 麦克斯韦方程组的积分形式： 麦克斯韦方程组的微分形式： 式中、、、分别是电感强度（电位移矢量）、电场强度、磁感强度和 磁场强度，对和的积分分别表示磁场中任一闭合曲面和闭合回路上的积分。表示闭合曲面内包含的总电量。表示积分闭合回路包围的传导电流。方程组 的第一式是高斯定理的数学表示；第二式是法拉第电磁感应定律的数学表示式；第三式表示磁场是无源场，不存在像电荷那样的“磁荷”；第四式表示在交变电 磁场情况下，磁场既包括传导电流产生的磁场，也包括位移电流产生的磁场。
是自由电荷的体密度，是传导电流密度，是位移电流密度 高斯磁定律表明，磁单极子实际上并不存在于宇宙。所以，没有磁荷，磁场线没有初始点，也没有终止点。磁场线会形成循环或延伸至无穷远。换句话说，进入任何区域的磁场线，必需从那区域离开。以术语来说，通过任意闭曲面的磁通量等于零，或者，磁场是一个螺线矢量场。 式中、、、分别是电感强度（电位移矢量）、电场强度、磁感强度和 磁场强度，对和的积分分别表示磁场中任一闭合曲面和闭合回路上的积分。表示闭合曲面内包含的总电量。表示积分闭合回路包围的传导电流。方程组 的第一式是高斯定理的数学表示；第二式是法拉第电磁感应定律的数学表示式；第三式表示磁场是无源场，不存在像电荷那样的“磁荷”；第四式表示在交变电 磁场情况下，磁场既包括传导电流产生的磁场，也包括位移电流产生的磁场。 麦克斯韦-安培定律阐明，磁场可以用两种方法生成：一种是靠电流（原本的安培定律），另一种是靠含时电场（麦克斯韦修正项）。在电磁学里，麦克斯韦修正项意味着含时电场可以生成磁场，而由于法拉第感应定律，含时磁场又可以生成电场。这样，两个方程在理论上允许自我维持的电磁波传播于空间。 麦克斯韦方程组揭示了电场与磁场相互转化中产生的对称性优美，这种优美以现代数学形式得到充分的表达。但是，我们一方面应当承认，恰当的数学形式才能充分展示经验方法中看不到的整体性(电磁对称性)；另一方面，我们也不应当忘记，这种对称性的优美是以数学形式反映出来的电磁场的统一本质。因此，我们应当认识到应在数学的表达方式中"发现"或"看出" 了这种对称性，而不是从物理数学公式中直接推演出这种本质。 补充介绍一下梯度，旋度，散度的概念： 梯度：在向量微积分中，标量场的梯度是一个向量场。标量场中某一点上的梯度指向标量场增长最快的方向，梯度的长度是这个最大的变化率。一个标量函数的梯度记为：或，其中表示向量微分算子。在三维情况，该表达
相位恢复算法在量子关联衍射成像中的应用研究
第27卷 第11期 2007年11月 光 学 学 报 ACT A OPT ICA SINICA V ol.27,No.11N ov ember ,2007 文章编号:0253 2239(2007)11 2075 7 相位恢复算法在量子关联衍射成像中的应用研究 * 刘永峰 张明辉 沈 夏 魏 青 韩申生 (中国科学院上海光学精密机械研究所,上海201800) 摘要: 随着研究工作的逐步深入,目前已经利用经典热光源实现了关联衍射成像,使得该技术有望在X 射线以及中子衍射成像等方面得到广泛应用。在实验利用非相干光得到物体无透镜傅里叶变换频谱的基础上,采用误差消除与输入输出恢复算法,并结合过采样理论,实现了实验所用物体透射率函数的恢复。分别得到了纯振幅物体的振幅分布函数与纯相位物体的相位分布函数。此外,还讨论了实验所得傅里叶变换频谱的噪声等因素对图像恢复结果的影响。 关键词: 量子光学;量子信息;量子关联衍射成像;相位恢复中图分类号:O 431.2;O 436 文献标识码:A *国家自然科学基金(60477007)和上海光科技特别项目基金(034119815)资助课题。 作者简介:刘永峰(1980-),男,吉林人,硕士研究生,主要从事非局域量子关联成像方面的研究。E mail:yfliu349@sio https://www.360docs.net/doc/9215267855.html, 导师简介:魏 青(1969-),男,陕西人,副研究员,主要从事生物光子学方面的研究。E mail:qing w @https://www.360docs.net/doc/9215267855.html, 收稿日期:2007 03 09;收到修改稿日期:2007 05 17 Application of Phase Retrieval Algorithm to Quantum Corre lated Diffraction Imaging Liu Yo ngfeng Zhang Minghui Shen Xia Wei Qing Han Shensheng (Sha ngha i Instit ute of Opt ics a nd Fin e Mecha nics ,the Chinese Academy of Scien ces ,S han gha i 201800)Abstract: With our research going deeply,quantum correlated diffraction imaging can be accomplished by use of c lassical thermal source now,which indicates its wide application in X ray and neutron diffrac tion imaging.The object transmission functions are suc cessfully retrieved from the lensless Fourier transform frequency spectrums,which are obta ined in experiment using incoherent https://www.360docs.net/doc/9215267855.html,ing the error reduction algorithm and the input output a lgorithm integrated with over sam pling theory,the amplitude distribution function of amplitude only object and the phase distribution function of pure phase object are retrieved successfully.The influence of the noise of Fourier transform frequency spectrum in the experiment on the retrieval result is a lso discussed. Key wo rds: quantum optic s;quantum information;qua ntum c orrelated diffraction imaging;phase retrieval 1 引 言 在某些情况下,相位信息与振幅信息同样重要。对于相位信息,在频率较低的波段可以直接探测得到,但是在光波段或者波长更短的波段,因为频率高达1014 H z 以上,目前探测器的响应速度无法实现直接探测,只能借助光场的干涉或衍射强度分布来间接地恢复光场的相位分布。近年来,在光场干涉与衍射研究领域,量子成像作为一个新的物理现象,引起了学者们的关注并开展了理论和实验方面的工作,起初主要是基于非经典纠缠光束开展相关研究 的[1~3]。随着研究的不断深入,科学家们又基于统计光学理论,提出并验证了利用经典热光场同样可以实现非局域关联成像[4~8] ,引导该方面研究走入一个新领域,也就是基于经典热光场的强度关联成像,使量子成像技术向实用化方向迈出重要一步 [9~13] 。目前实验上已经用非相干光源实现了物 体的无透镜傅里叶变换[14,15] ,得到的是光场的衍射强度信息,相位信息可以用相位恢复方法来间接得到,本文结合已有的相位恢复算法来研究量子关联衍射成像中的相位恢复问题。
量子光学模型
量子光学模型 量子光学模型及其发展 A.各种量子光学模型 1.标准JCM的物理内涵、重要性和局限性 1.1标准JCM的物理内涵 1963年，E.T.Jaynes和F.W.Cummings两人提出了表征单模光场与单个理想二能级原子单光子相互作用的Jaynes—Cummings模型(以下简称标准JCM)，这就是历史上著名的标准JCM，它是一个数学意义上的严格精确可解模型。这个模型的建立，标志着量子光学的正式诞生。此后，人们围绕着标准JCM及其各种推广形式做了大量的而且是富有成效的理论与实验研究工作。 1.2标准JCM的重要性——科学价值和技术价值 第一，标准JCM的建立，既标志着量子光学领域的理论研究工作步入正轨，使得人们关于场—原子之间相互作用的理论研究工作一下子深入到了物质结构的深层次，同时又促进量子光学领域的理论研究向纵深发展。虽然，在当今量子光学领域中标准JCM只是一个很简单的模型，但它在整个量子光学的建立与发展过程中所起到的历史性转折作用却是毋须置疑的。这就是标准JCM的科学价值。 第二，随着微波激射技术的发展，随着单原子微波激射器的研制成，人们目前已经能够在微波腔中产生并制备各种非经典光场态，并利用单原子微波激射器来研究场—原子相互作用过程中场及原子的各种动力学特性、各种线性和非线性效应的物理机制，以及各种经典和非经典效应的物理本质等。尤为重要的是，利用单原子微波激射器还可以在微波腔内再现标准JCM的各种物理属性等。因此，从这个意义上讲，单原子微波激射器实质上就是标准JCM的物化和技术再现。可见，标准JCM不只体现在理论上，而且还体现在实物原型上，它是科学与技术的完美结合体。这就是标准J CM的技术价值。 1.3标准JCM的局限性 由于标准JCM过于简单，故不足以描述整个量子光学领域中场—物质(原子、分子或离子)之间的各种相互作用问题。其局限性主要表现在以下5个方面：①标准JC M只考虑了单模光场情形，而对于双模及多模光场未进行任何探讨；②标准JCM只考虑了单个理想二能级原子情形，而对于两个及多个二能级原子以及两个及多个多能级原子的情形未进行任何探讨；③标准JCM只考虑了场—原子之间的单光子相互作用，而对于简并双光子和简并多光子相互作用的情形未进行任何探讨；④标准JCM 是一个线性相互作用模型，而对于场—原子之间以及原子—原子之间的各种非线性交叉耦合相互作用未进行任何探讨；⑤标准JCM是在旋转波近似下获得的，而对于未作旋转波近似时虚光场(即在系统的Hamiltonian中违背能量守恒定律的项)的影响等未进行任何探讨。 这就是标准JCM的理论缺限和不足之处。
量子光学重点整理
一、量子调控的途径：外场调控（振幅、相位、啁啾及形状等手段调控）和 结构调控（利用材料的结构特征调控，比如原子、分子及半导体微结构等）；量子干涉与相干现象：激光诱导原子态相干，导致了介质不同激发通道间的量子干涉。从而可操控介质的光学特性。 经典相干导致原子相干 经典干涉导致量子干涉 量子化的基本思想： 找出描述经典场的一组完备的正则“坐标”和“动量”，然后把它们视为相应的算符，满足正则坐标和正则动量的对易式，从而使其量子化。 粒子数算符 ??? N a a+ =的本征态就是FOCK态|n>。 Fock表象也叫占有数表象能量表象 二、 相干态的三种定义： 1，湮灭算符的本征态 2. ()0 D αα = 相干态是位移算符作用在真空态上得来的，是谐振子基 态的位移形式。
3.光子数态的分解： 相干态的性质： 1.粒子数分布是泊松分布相干态下的光子的平均数目 2.相干态是最小不确定态 3. 4.相干态并非正交系 5.相干态是光场正频部分（湮灭算符）的本征态，具有和真空态一样的最小测不准关系。 6.相干态的相干度是1. 压缩态：
相干态时： FOCK态时： 压缩算子： 压缩相干态：双光子想干态 一、实现光学压缩态的基本条件 1、有合适的机制，对光强或光场的振幅的起伏进行抑制； 2、有合适的对相位灵敏的放大机制，使得被压缩的光场分量放大，而另一个分量衰减。 实现光学压缩态的实验途径 1、四波混频产生光学压缩态 2.用光学参量振荡实现压缩态的实验 三、压缩态光的应用 1）.减小光通讯中的噪声，大大提高信噪比 2）.引力波检测 3）.激光光谱
海森堡绘景下的薛定谔方程： 二能级近似： 电偶极近似：
《压缩语段-下定义》教学设计
高三语文复习教学案 下定义式压缩语段 学习目标：（1）掌握“下定义”的基本解题思路及模式；有效提取材料信息。 （2）通过一般概念了解“定义”的基本模式；探究方法、寻找规律。 （3）有效筛选信息，提高综合概括能力。 学习重点：掌握基本模式，强化解题思路 学习难点：准确筛选信息、有效整合成单句 学习过程： 一、知识链接 1.考点解读 “压缩语段”考查的是将一段话进行正确的提炼、概括、压缩的能力，特点是“化繁为简”。在命题上，综合考查了理解、分析、阐发、引申、筛选、概括等能力，压缩语段的常见类型有下定义、新闻类语段压缩、概括文段内容要点、提取关键词、填充性概括等。 下定义就是抓住事物的特征并正确表述概念的内涵和外延，即揭示概念所反映的对象的特点或本质的一种逻辑方法。 2.什么是单句？“是字句”是单句吗？ 单句，是由短语或单个的词构成的句子，有特定的语调，能独自表达一定的意思的语言单位，不可再分析出分句的句子。可分为主谓句和非主谓句两类。 单句只有一套主谓结构。是字句是特殊的单句。 是字句专指由动词“是”构成的判断句。在是字句中，“是”的作用是判断主语和宾语的关系。例如：正方形是四条边等长、四个角相等的四边形。主语从属于宾语，即宾语是一个大类，主语是其中之一。 3．句子的成分及符号 主要成分：主语= 谓语－宾语～ 枝叶成分：定语（）状语[ ] 补语< > 二、检查预习情况 1．学习知识链接的内容。 2.请给下面句子划分成分： 鲁班是我国古代春秋时期一位著名的建筑工匠。 3.多项定语的顺序是怎样的？ 表领属、时间的短语——表称代、数量的短语——动词短语——形容词短语——名词短语。 4.试比较下面的两种形式，哪句是单句？哪句是下定义？ 自来水笔是一种有着金属笔头，能吸墨水的笔。 自来水笔是一种笔，它有着金属笔头，能吸墨水。 第一种为下定义格式，第二种则是解释；第一就是单句，第二句是复句。 5．高考典型试题回顾 （2003广东卷）提取下列材料的要点，整合成一个单句，为“遗传”下定义。(4分) (1)遗传是一种生物自身繁殖过程。 (2)这种繁殖将按照亲代所经历的同一发育途径和方式进行。 (3)在这一过程中，生物将摄取环境中的物质建造自身。 (4)这种繁殖过程所产生的结果是与亲代相似的复本。
第21章量子光学基础
第21章量子光学基础一、热辐射 热辐射的实验规律如右图能谱曲线所示。 1、基尔霍夫定律： （1）单色辐出度 从物体表面单位面积上辐射出来的波长从到围的辐射功率与波长间隔的比值：。（2）辐出度： （3）黑体：凡照射到某体上的辐射能量都被该物体全部吸收的物体称为黑体。它的吸收系数。它的反射系数。黑体的吸收本领最大，它的辐射本领也最大。 （4）基尔霍夫定律： 任何物体的单色辐出度与单色吸收比都等于同一温度下绝对黑体的单色辐出度，与物体的性质无关。即： 2、斯忒藩-玻尔兹曼定律 在一定的温度T，黑体的辐出度： 式中称为斯忒藩恒量， 3、维恩位移定律 式中为最大单色辐出度的波长，也叫峰值波长，恒量。 4、普朗克公式 （1）普朗克量子假设 物体辐射或吸收的能量是不连续的。存在着能量最小单元，称为能量子。物体辐射和吸收
的能量只能是这个最小单元的整数倍。 （2）普朗克公式： 式中c是光速，k是玻耳兹曼常数，为普朗克常数。 二、光电效应 1、光电效应的实验规律 （1）饱和电流与入射光强成正比。 （2）光电效应存在一定的截止频率。 （3）光电子的初动能（遏止电压）与入射光频率成线性关系，而与入射光强度无关。（4）光电效应的弛豫时间非常短。 2、爱因斯坦光子假设 光是以光速c运动的粒子流。这些粒子称为光子。每一光子的能量。（质量，动量）光的能量密度S（光强）决定于单位时间通过单位面积的光子数N，频率为的单色光的能流密度。 3、爱因斯坦方程 式中A为逸出功：为逸出电位差。 当初动能为零时：为截止频率，称为红限波长。 初动能和遏止电压的关系： 利用光子假设和爱因斯坦方程能够解释光电效应实验规律。 三、康普顿效应 1、x射线散射实验规律
量子光学与量子信息
量子光学与量子信息 摘要：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物理问题的一门学科。 关键字：量子光学 量子信息 JC 模型 TC 模型 早在1900和1905年,普朗克和爱因斯坦就提出了光量子假说,并成功解释了黑体辐射谱分布与光电效应,确定了光具有波粒二象性的基本物理思想。然而,长期以来由于经典电磁辐射理论能完满地解释绝大多数物理光学实验现象,光的量子理论并未得到系统发展。直到2O 世纪7O 年代以后,随着激光与光电子技术的进步,一系列用经典理论无法解释的非经典光学效应逐步被实验观测,才形成了以量子化光场为基础的量子光学学科领域。 光量子或称光子为基本能量单元的量子化光场遵循量子电动力学基本规律,严格地说只有用QED 理论,才能解释迄今为止所观察到的所有光学现象。量子光学用量子电动力学理论研究光场的量子性和相干性,以及光与原子相互作用的量子力学效应。当前,量子光学中应用性较强的重要研究领域有:光场的量子噪声,光场与物质相互作用中的动量传递、腔量子电动力学等。 在光学与原子物理这门课程的学习中，我们了解到了量子化这个概念。那么，量子光学在科技实验研究中有哪些应用呢？ 首先，量子光学的原理和理论基础为： 热辐射 基尔霍夫定律 一． 热辐射 1．热辐射：在一定时间内辐射能量的多少及能量按波长的分布都与物体的温度有关，故称电磁辐射为热辐射（温度辐射）； 辐射能(λ,T )，如炉子,酒精灯… 2．平衡热辐射：相同时间内辐射与吸收的能量相等，T 不变 二． 辐出度(辐射出射度,发射本领) 1． 单色辐出度：单位时间内从物体表面单位面积上向各个方向所发射的波长在λλλd ~+范围内辐射能量)T (dE λ和波长间隔λd 的比值 λλλd )T (dE )T (e = 2． 辐出度：单位时间内从物体表面单位面积上向各个方向所发射的各种波长的辐射总能量。