量子光学讲稿(2012.4)
量子光学
量子光学的进展光物理是近代物理发展最活跃的领域之一。
特别是近30年来，由于激光的问世，光学的面貌发生了深刻的变化，光物理的研究内容也从传统的光学与光谱学迅速扩展到光学与物理其他分支学科的交汇点。
诸如激光物理、非线性光学、高分辨率光谱学、强光光学和量子光学正不断趋于完善和成熟。
量子光学是研究光场的量子统计性质与物质相互作用的量子特征的学科。
它包括：非经典光场‘激光操纵原子、分子及其应用’量子光学和量子力学的交叉与渗透的研究。
尽管人类认识到光的量子性已经近一百年，但是应用量子理论研究光辐射与光场的相干性及统计性还只是近年来的事。
从光量子论的诞生，到随后量子力学的建立，对物理学乃至整个自然科学产生了极其深刻的影响。
一 hbt实验1956年，由汉堡、布朗及退斯完成了光学关联实验。
这一实验又常以三人姓氏第一字母打头，被称为hbt实验。
他们把发自放电管的辐射，经滤波后，由半透半反分光器分为两束，其中一束经时间延迟器。
两只光电倍增管分别接收两束光后，再把其输出信号馈送到一个相关器中。
这样，相关器测量到的将是两个不同时空点光场强度起伏的关联，不再是过去的相干实验中所测的光场强度自身的相位关联。
通过这一实验，他们首次证实了光场存在有高阶相关效应，这是过去任何经典干涉与衍射实验所没能观察到的。
就相干光的频率而言，光场的强度起伏关联是一个缓慢变化的量，它的测量值受到外界的扰动要比测量相位关联微弱得多。
hbt实验给相干性带来了全新的概念。
根据经典理论，传统光场的随机性只用一个一阶相关函数描述就够了，这就是一阶相干度为1时，即对应完全相干性情况。
然而，hbt实验测出的光场起伏却表明，上述相干性的描述并不完备，还必须补充二阶或更高阶的相关函数。
只有当一阶、二阶或更高阶的相干度均为1时，才能称为完全相干光。
在普通光源情况下，不可能获得这种真正的完全相干光。
然而，一台理想的激光器所产生的光场就处于相干态，只有激光诞生后，人们才有可能获得真正的相干光源。
量子光学
必须指出的是，光量子学说的提出，成功的解释了光电效应现象的实验结果，促进了光电检测理论、光电检 测技术和光电检测器件等学科领域的飞速发展；因此，从这个意义上讲，爱因斯坦是光电检测理论之父。不仅如 此，光量子学说的提出最终导致了量子光学的建立，所以说它是量子光学发展的源头和起点；因此，从这个意义 上讲，爱因斯坦是量子光学的先驱和创始人。尤为重要的是，爱因斯坦在其光量子学说中所提出的有关光量子这 一概念，几经发展形成了当今的光子这一概念，最终导致光子学理论的建立，并由此带动了光子技术、光子工程 和光子产业的迅猛发展；可见，光量子学说是光子学、光子技术、光子工程和光子产业的发端；因此，从这个意 义上讲，爱因斯坦是光子学、光子技术、光子工程和光子产业的先导。除此而外，爱因斯坦在研究二能级系统的 黑体辐射问题时曾提出了受激辐射、受激吸收和自发辐射这三个概念，并形式的引入了爱因斯坦受激辐射系数、 受激吸收系数和自发辐射系数这三个系数等等；特别是受激辐射这一概念的提出，最终导致了激光器的发明、激 光的出现和激光理论的诞生，直至形成了当今的激光技术、激光工程和激光产业；因此，从这个意义上讲，爱因 斯坦本人是当之无愧的激光之父和激光理论的先驱。
图5研究实验
图6量子光学除了单个原子的自发辐射外，还有多个原子在一起时产生的相干自发辐射，也称超辐射。
发展历程
01
光电效应
02
理论体系
03
推向深入
04
学科成就
06
理论规则
05
激光之父
图7 M·普朗克提出了能量子假设众所周知，光的量子学说最初由A．Einstein于1905年在研究光电效应现象 时提出来的[注：光电效应现象包括外光电效应、内光电效应和光电效应的逆效应等等，爱因斯坦本人则是因为研 究外光电效应现象并从理论上对其做出了正确的量子解释而获得诺贝尔物理学奖；这是量子光学发展史中的第一 个重大转折性历史事件，同时又是量子光学发展史上的第一个诺贝尔物理学奖。尽管爱因斯坦终生对科学的贡献 是多方面的（例如，他曾建立狭义相对论和广义相对论等等），但他本人却只获得这唯一的一次诺贝尔物理学奖]。
量子力学中的量子力学中的量子光学与量子信息
量子力学中的量子力学中的量子光学与量子信息量子力学中的量子光学与量子信息量子力学是物理学中的一门重要学科，研究微观物质的行为规律。
其中，量子光学和量子信息是量子力学中的两个重要分支，它们在科学研究和信息技术领域都有着重要的应用。
本文将对量子力学中的量子光学和量子信息进行探讨和论述。
一、量子光学量子光学研究的是光子（光的最基本单位）的行为和性质，并将量子力学的概念与光学相结合。
光是由一束束光子组成的，光子在传播过程中表现出粒子和波动性质，并受到量子力学的规律限制。
量子光学的研究对象包括光的发射、吸收、干涉等现象，以及光的相干性、单光子、量子纠缠等特性。
1. 光子的量子特性光子是一种离散的能量量子，具有粒子性质。
根据普朗克量子假设，光子的能量与频率成正比，E = hν，其中E为光子的能量，ν为光的频率，h为普朗克常量。
由此可知，光子的能量具有量子化特性，而与传统光学中连续的光波不同。
2. 光的干涉与相干性光的干涉是光的波动性质的表现，而量子光学研究的是光的单光子干涉。
单光子干涉实验证明了光的双重性质，即光既可以看作粒子，又可以看作波动。
相干性指的是光的波动特性保持一致的性质，量子光学研究中，相干性也表现为光子的纠缠态。
3. 光子的纠缠态量子纠缠是量子光学中的重要概念。
两个或多个光子处于纠缠态时，它们的状态无法独立描述，即使它们之间存在很远的空间距离，一方的测量结果仍会与另一方有关。
量子纠缠的研究及应用有助于量子通信和量子计算等领域的发展。
二、量子信息量子信息是基于量子力学原理的信息加工和传输学科。
相比经典信息，量子信息利用了量子态的特殊性质，具有更大的信息处理能力和更高的安全性。
主要包括量子通信、量子计算和量子密码学等领域。
1. 量子通信量子通信是利用量子纠缠和量子隐形传态等量子特性实现信息传输的方式。
其中，量子隐形传态是一种利用量子纠缠态实现信息传输而不受空间距离限制的方法。
通过量子通信，可以实现安全的信息传输和密码学的应用。
量子光学
21--3 21--3 --
光子
光电效应
（一）光电效应：当一束光照射在金属表面上时， 光电效应：当一束光照射在金属表面上时， 金属表面有电子逸出的现象。
K
-
A G
V
实验一： 实验一： 入射光强度和频率不变
1、增加电压U，光电流 增加电压U 随之增加， 随之增加，直至饱和 2、电压U = 0时，光电 、电压 时 流I≠0 3、当反向电压 U=Ua时, 、 光电流 I = 0 Ua IH I
2
散射光子 r
hν c
2
mo
其中
h −12 = 2.43×10 m moc
康普顿波长
射线与电子碰撞， 例1： 已知 λ=0.2A 的 x 射线与电子碰撞，从入射方向 ： 角观察散射。 射线波长。 ） 成 90o 角观察散射。求（1）散射的 x 射线波长。 （2）反冲电子的能量，动量。 ）反冲电子的能量，动量。
红光 青蓝光
4000 开 6400 开
（一）基尔霍夫定律 ① 单色辐出度 单色辐射本领） （单色辐射本领）
单位时间，单位面积，单 单位时间，单位面积， 位波长区间內辐射的能量
∞
dEλ M (λ,T ) = dλ
② 辐出度 E (T ) = M ( λ , T ) d λ 总辐射本领） （总辐射本领） 0 物体单位面积辐射的总功率 ③ 单色吸收比 α(λ,T ) 吸收能量与入射总能量之比
I3 I1 I2
U
3、存在一个“截止频率”（红限）νo 存在一个“截止频率” 红限）
Ua
1 2 mvm = ekν − eUo > 0 产生光电效应 o 2 Uo U o 称红限 令 νo = ν> Uo
k k
《量子光学》PPT课件
上述一系列新的物理现象使人们认识到，原子是由更小的粒子
组成。原子的内部肯定存在着新的物理规律。揭示了原子的内部存 在着更复杂的结构在十九世纪末物理学家面临的新课题。由此，揭 开了物理学发展史上的新的一页。
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第十五章 量子光学
在高中物理中已经提到物理光学中关于光的性 质的两种观点：
光:
波动性 是电磁波 。干射，衍射，偏振等特性 粒子性 光子 。 在与物质相互作用时表现出来
nh
类比
2h
h
0
nnh
n 0 ,1 ,2 ,3 ,
Step Energy
普朗克公式
在一定温度下，从物体单位表面积上，单位时间内，分布在
波长附近单位波长间隔内辐射能为
e,T 2 hc2 5
1
hc
f,T
普朗克理论与实验结果的比较
ekT1
eT,
实验结果
普朗克理论
0
普朗克（德）
1858—1947
提出能量量子化 的假设，解释了 电磁辐射的实验 规律获得1918年 诺贝尔奖。
普 朗 克 与 爱 因 斯 坦
例 15—1 一谐振子m04kg k40N m 1A00m 1
求 1 能量 E?，频率 0?
2 能量子 ? ，能量对应的量子数 n?
3 振子发射一个能量子，能量的相对变化率？
解 1
E1 2 3 1 3J 0 4 E 61029n最大量子数
求解光电效应题目公式：
1 2m2V hA
eU 0h A
12mV2eUa
而红限为 0
A h
Albert Einstein (German)
He was awarded the 1921 Nobel Prize for the discovery of the law the photoelectric effect and contributions to mathematical physics.
量子光学的理论和技术
量子光学的理论和技术量子光学是量子力学在光学领域的应用与发展，其研究对象是光和光与物质相互作用的过程。
量子光学通过量子力学理论描述了光线的本质，即光子。
光子不仅仅是光的粒子性质的象征，还是量子力学体系中物质微观世界的研究对象之一。
本文将介绍量子光学的理论和技术，分别从量子光学的基础、发展历程和应用研究等方面进行探讨。
一、量子光学的基础量子光学的诞生源于量子力学理论，量子力学描述了微观粒子的行为。
光学是一个应用广泛的领域，而在光学中，人们发现现象无法被经典物理学理论解释，这时量子力学引入光的波粒二象性概念解决了这个难题。
按照量子力学的惯例，粒子在该方面的表现是"波浪行为"，同时也表现出微粒子的性质。
光子不仅具有波动性而且具有粒子性，因此表现出波粒二象性。
此外，光子还有Spin自旋，反映了光子的角动量，光子还是其自身以及与其他微观物体相互作用的基本元件。
二、量子光学的发展历程量子光学兴起于二十世纪五六十年代，起初主要是为了解决光与物质相互作用的基本问题，随着理论研究的深入，逐渐形成了一整套完整的理论体系。
量子光学的发展经历了两个时期：早期的单光子量子光学和后来的多光子量子光学。
早期单光子量子光学主要研究了光的单个光子的性质，如光的自由度、量子态、纠缠态等内容。
多光子量子光学则是在单光子量子光学的基础上将光场状态拓为多体量子态，探索了光场的统计性态、非经典光和光场的纠缠等问题。
二十一世纪，量子光学在量子通信、量子计算、量子测量等领域发挥出了重要的作用。
三、量子光学的应用研究1. 量子密钥分发(QKD)量子光学最早应用是在量子通信安全领域中，其中最著名的就是量子密钥分发(QKD)。
在传统的公钥加密技术中，信息发送者需要将密钥通过非加密的信道发送至收到者，由于密钥在传输过程中可能会被劫持窃取，从而导致数据泄露。
而QKD则是利用光子的特殊性质，使信息发送方可以在不暴露密钥的情况下将密钥传输给接收方。
量子光学
爱因斯坦在1948年4月悼念普朗克的会上, 充分肯定了普朗克常数发现的重大意义：
“这一发现成为20世纪整个物理学研究的基础。
从那时候起，几乎完全决定了物理学的发展。 要
是没有这一发现，那就不可能建立原子、分子以 及支配它们变化的能量过程的有用理论。而且， 它还粉碎了古典力学和电动力学的整个框架，并 给科学提出了一项新的任务 : 为全部物理学找出
4 ( , T ) r0 ( , T ). c
因此有
证明
2 2 r0 ( , T ) 2 kT. c
曲线
上式为瑞利 - 金斯公式。它在波长相当长 时才与实验曲线相符。随着波长的减小，辐射 能量无限大。这就是物理学发展史上所谓的紫 外灾难。
(2) 普朗克能量子假说
普朗克假说 : 黑体是由带电的线性谐振 子所组成。这些谐振子能量不能连续变化， 只能取一些分立的值，这些分立值的是最小 能量 0 的整数倍，即 0, 0 , 20 , 30 ,…, n0,…,称为谐振子的能级。最小能量
吸收本领定义为:
吸收
r ( , T ) ( , T ) . r ( , T )
入射
(4)基尔霍夫定律:
物体的单色辐出度和吸收本领的比值 与物体性质无关。对于所有物体，这个比 值是波长和温度的函数，可表示为
r (, T ) f (, T ). ( , T )
上式是基尔霍夫定律的数学表达式。
不同的
m1, m2, m3 形成三
kx
L2
维空间点阵, 8个格点形 L1 成一个长方体元, 每个 格点又属于8个长方体元. 因此 , 每一格点对应一个长方体元 , 有 n 个格 点，对应n个长方体元, 就有n个振动模式.
量子光学第四讲
• 时间相干性：同一空间点不同时刻光场的相干度，由相干时间 τc 描述，取决于光源频谱宽度 ∆ν
τc
∝
1
∆ν
• 空间相干性：光场中不同空间点在同一时刻的相干度，由相干长 度 lc 量度，lc = τ cc
经典场中单色性最好的热光源：τc 激发态原子的寿命两级，τ c < 10−8 s 相应的相干长度 lc ≤ 100 cm
解析函数
复函数 V (r,t ) 被称为解析函数是指它可以解析地开拓到复数 t 平面的
下半平面（ Imt < 0 ）。如果瞬时光强对所有时间的积分是有限的
∫ ∞ V (r,t ) 2 dt < ∞ −∞
则解析函数意味着存在如下厄米变换
ReV
(r,t
)
=
−
1
π
∞
∫P. −∞
ImV (r,t
t '− t
r2
)
⎤ ⎥ ⎦
cos
⎡⎢(
⎣
k
−
k
')
⋅
(
r1
− 2
r2
)
⎤ ⎥ ⎦
⎫⎪ ⎬ ⎭⎪
(k − k ') ⋅ (r1 − r2 ) ≈ ϕkr0
I
=
4κ
I0
⎧⎪⎨1 + ⎪⎩
cos
⎡⎢(k
⎣
+
k
')
⋅
(r1
− r2 2
)⎤
⎥ ⎦
cos
⎛ ⎜⎝
π r0ϕ λ
⎞⎫⎪ ⎟⎠⎭⎬⎪
似乎我们可以通过上式能够看到干涉条纹，并通过干涉条纹测量双星 角间距 ϕ 。但实际上很难得到干涉条纹！
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姓名： 学院：
王成志 物理与电子科学学院
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目
录
前言 第 1电 章磁 场 的量子化 § 1.1 真空中的经典电磁场 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . § 1.2 电磁场的量子化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . § 1.3 算符代数的某些定理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 第 2几 章种 重 要的光场态 § 2.1 光场的粒子数态 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . § 2.2 光场的相干态 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . § 2.3 光场的压缩态 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 第 3光 章场 与 原子的相互作 用 § 3.1 光场与原子的相互作用哈密顿量 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . § 3.2 量子化光场与原子的相互作用哈密顿量 . . . . . . . . . . . . . . . . . . § 3.3 J–C模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 6 6 9 12 14 14 15 24 32 32 34 37
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言
一、 量子光学的概念 英文名称：quantum optics 量子光学是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。 ·量子光学的发展规律 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目前量子 光学的主要研究课题。 ·量子光学发展史上的几个重大历史性事件与量子光学的辉煌成就 众所周知，光的量子学说最初是由A．Einstein于1905年在研究光电效应现象时提出 来的[注：光电效应现象包括外光电效应、内光电效应和光电效应的逆效应等等，爱因斯坦
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本人则是因为研究外光电效应现象并从理论上对其做出了正确的量子解释而获得了诺贝尔 物理学奖；这是量子光学发展史上的第一个重大转折性历史事件，同时也是量子光学发展 史上的第一个诺贝尔物理学奖。尽管爱因斯坦终生对科学的贡献是多方面的（例如，他曾 建立了狭义相对论和广义相对论等等），但他本人却只获得了这唯一的一次诺贝尔物理学 奖]。必须指出的是，光量子学说的提出，成功的解释了光电效应现象的实验结果，促进了 光电检测理论、光电检测技术和光电检测器件等学科领域的飞速发展；因此，从这个意义上 讲，爱因斯坦是光电检测理论之父。不仅如此，光量子学说的提出最终导致了量子光学的建 立，所以说它是量子光学发展的源头和起点；因此，从这个意义上讲，爱因斯坦是量子光学 的先驱和创始人。尤为重要的是，爱因斯坦在其光量子学说中所提出的有关光量子这一概 念，几经发展形成了当今的光子这一概念，最终导致光子学理论的建立，并由此带动了光 子技术、光子工程和光子产业的迅猛发展；可见，光量子学说是光子学、光子技术、光子 工程和光子产业的发端；因此，从这个意义上讲，爱因斯坦是光子学、光子技术、光子工 程和光子产业的先导。除此而外，爱因斯坦在研究二能级系统的黑体辐射问题时曾提出了 受激辐射、受激吸收和自发辐射这三个概念，并形式的引入了爱因斯坦受激辐射系数、受 激吸收系数和自发辐射系数这三个系数等等；特别是受激辐射这一概念的提出，最终导致 了激光器的发明、激光的出现和激光理论的诞生，直至形成了当今的激光技术、激光工程 和激光产业；因此，从这个意义上讲，爱因斯坦本人是当之无愧的激光之父和激光理论的 先驱。 从1906年到1959年的这50多年时间内，有关光的量子理论的研究工作虽然也曾 取得过许多重要成就，但就其总体发展而言，仍然是比较缓慢的。其最明显特征就是光的 量子理论尚未形成完整的理论体系。 自1960年国际上诞生第一台红宝石激光器以来， 有关这一领域的科学研究工作进入到了空前活跃的快速发展时期。由此，直接导致了量子 光学的诞生与发展[注：这是量子光学发展史上的一次重大转折，为量子光学的快速发展提 供了重要的实验技术保障；同时，激光器的发明者们也因此获得了诺贝尔物理学奖。这是 量子光学发展史上的第2个诺贝尔物理学奖。应当强调指出的是，激光器本身属于量子器 件，而绝不是经典器件！激光器的行为并不完全遵守经典物理学的理论规则。] 真正将 量子光学的理论研究工作引上正轨并推向深入的，是E．T．Jaynes和F．W．Cummings两 人。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J-C模型)，这标志着量子光学的正 式诞生。此后，人们围绕着标准J-C模型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。 随着研究工作的深入和深化，随着研究对象、研究内容和研究范 围的拓展，以及随着研究方法和研究手段的更新与改进，今天的量子光学领域已经出现了 一系列全新的、重大突破性进展。特别是在1997年，S.Chu,C.C.Tannoudji和W.D.Phillips等 人因研究原子的激光冷却与捕获而分获1997年度诺贝尔物理学奖，从而将量子光学领域的 研究工作推向了第一个高潮（注：这是量子光学发展史上的第3个诺贝尔物理学奖）。
1.量子信息。量子信息是量子力学与信息科学交叉融合的新兴学科，目前已成为世界关注的
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热门研究领域。量子信息可以突破现有信息技术的物理极限，开拓出新的信息功能，为信息 科学的持续发展提供新的原理和方法。其中，量子密码特别是在光纤量子密钥分配方面的研 究已取得重大突破，其目前的研究方向是低误码率、高比特率、网络化和远程传输，以及研 究可控单光子源和红外单光子探测技术等；量子因特网是基于量子纠缠的量子通信网络，目 前仍然处于单元技术的基础研究阶段，最近”量子中继”这一关键技术的研究取得重要进展， 我国年青学者段路明教授提出运用原子系综实现量子中继的方案，引起科学界的高度兴趣； 量子计算机的研究仍然处于基础阶段，寻找物理上可扩展的具有容错能力的”量子芯片”是世 界各国科学家当前奋斗的方向。目前主要研究兴趣是固态量子计算和基于量子光学的量子计 算两个方向。 2.玻色－爱因斯坦凝聚。BEC的发生不需要粒子间的相互作用，是一种纯粹 的宏观量子力学现象。文章阐述了玻色－爱因斯坦凝聚的过程，并解释了其实现的条件。第 一次观测到BEC而获得诺贝尔奖的Wolfgang Ketterle教授认为，BEC是许多宏观粒子现象 的核心，可以给出量子漩涡、量子长程关联等的微观图像，量子化的漩涡在超流和超导中 都扮演了重要的角色。另外，通过一些办法可以使一个BEC凝聚体的两部分产生干涉，这 种干涉还导致了原子激光的产生。文章对BEC的发展进行了展望，BEC的实现目前只在囚 禁原子气体和液氦中成功，难以得到实际应用，探索新的BEC系统是一个富有挑战性的工 作。 3.基于量子光学的量子态控制。文章指出对基于量子光学的量子态控制进行研究的重要 意义。广义上，量子态控制是指实现量子态的控制演化，目前主要指光子、原子、离子态和 量子点等之间的相互转换和相互操作。激光冷却和电磁感应透明是量子态控制的重要基础。 激光冷却的实现有华人科学家朱棣文的杰出贡献（获1997年诺贝尔奖），这个技术目前已得 到广泛的应用。电磁感应透明是量子光学的新进展，文章阐述了该现象的原理及其类似的一 些现象 二、 本课程的主要内容
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工大学ຫໍສະໝຸດ 1997年以后，量子光学领域又出现了许多新的发展迹象。特别是，在2001年瑞典皇家科学 院决定将2001年度的诺贝尔物理学奖授予对实现玻色-爱因斯坦凝聚态而做出杰出贡献的3位 科学家，从而将量子光学领域的研究工作推向了第二个新的高潮（注：这是量子光学发展史 上的第4个诺贝尔物理学奖）。 到了2005年，瑞典皇家科学院再次决定将2005年度的诺 贝尔物理学奖授予对光学相干态和光谱学研究做出杰出贡献的3位科学家。其中，发现光学 相干态(即Glouber相干态)、并在此基础上进一步建立起光场相干性的全量子理论的美国科 学家Glouber他一个人获得了本年度诺贝尔物理学奖金的50％，而另外的两位科学家则共享 本年度诺贝尔物理学奖金的另外的50％。这足以说明量子光学研究的重要性、重要地位和重 要作用以及国际科学界对量子光学学科的重视程度；试想一下，在短短的8年时间内，竟然 给量子光学学科授了3次诺贝尔物理学奖！从而，将量子光学领域的研究工作推向了第三个 新的高潮（注：这是量子光学发展史上的第5个诺贝尔物理学奖）。 因此，在这种情况 下，有必要对量子光学领域已往的辉煌成就进行总结回顾，并对当前量子光学领域的最新发 展动态以及21世纪量子光学领域的发展趋势和发展方向进行分析与展望，以使人们在今后新 的探索中能够受到新的启发，并力争在21世纪初期取得更大的突破。 ·量子光学的性质和任务 众所周知，量子光学最初是从量子电动力学理论中发展、演变而来的。它既是量子 电动力学理论的一个重要分支，又是激光全量子理论深入发展的结果。同时，量子光学还构 成一门新兴的应用基础性学科-光子学的理论基础。 量子光学的主要任务就在于：研究 光场的各种经典和非经典现象的物理本质、揭示光场的各种线性和非线性效应的物理机制、 揭示光场与物质(原子、分子或者离子)相互作用的各种动力学特性及其与物质结构之间的关 系、揭示光子自身相互作用的基本特征、机理、规律以及光子的深层次结构等。 尽管 目前量子光学领域已取得了一系列重大进展和辉煌成就，但就量子光学理论本身的结构来看 目前还很不完善。这主要表现在以下3个方面： 第一，迄今为止，人们仅仅只对平面波 场成功地进行了量子化的研究工作，而对于球面波场、柱面波场和高斯激光束等非平面波场 的量子化问题却一直无能为力； 第二，现今的量子光学理论，仅仅只是非相对论性理 论，而真正的相对论性量子光学理论目前尚未建立，这在深入研究微观高速或超高速运动粒 子的量子光学性质时，就表现出了明显的局限性； 第三，对光子的自身相互作用及光 子的结构问题研究的还很不够，至今未能产生并形成行之有效的研究方法和研究手段等。 人们认为，量子光学目前正处在更大的辉煌发展前夕的一个重要的十字路口，它曾经取得过 一系列重大进展和一些辉煌成就，但在21世纪，量子光学领域的成绩和成就将会更加炫丽多 彩，特别是有关光子结构问题的研究将把量子光学领域的科学研究工作推向顶峰。 ·量子光学的发展 下面从量子信息、玻色－爱因斯坦凝聚和量子调控三个方面来展望量子光学的发展。