2012年最新量子光学课件及试题(中科院研究生院)
《量子光学》课件
压缩态：量子光 学中的特殊状态， 其量子态密度小 于真空态密度
特点：压缩态具 有较高的相干性 和较低的噪声， 可以提高量子通 信和量子计算的 效率
应用：压缩态在 量子通信、量子 计算、量子精密 测量等领域具有 广泛的应用前景
研究进展：近年 来，压缩态的研 究取得了重要进 展，如压缩态的 制备、测量和操 控等。
量子光学在量子通信、量子 计算等领域有广泛应用
量子光学的研究内容
量子光学的基本 原理
量子光学的实验 方法
量子光学的应用 领域
量子光学的发展 趋势
量子光学的发展历程
量子力学的诞生：1900年，普朗克提出量子概念，量子力学开始萌芽 量子光学的兴起：1927年，海森堡提出不确定性原理，量子光学开始发展 量子光学的成熟：1948年，玻尔提出量子光学理论，量子光学逐渐成熟 量子光学的应用：20世纪60年代，量子光学在通信、计算等领域得到广泛应用
量子光场的相干态描述
相干态：量子光场的一种特殊状态，具有确定的相位关系
相干态的性质：相干态具有确定的相位关系，可以描述为相干态的叠加
相干态的表示：相干态可以用相干态的叠加来表示，其中每个相干态的相位关系是确定的
相干态的应用：相干态在量子光学、量子信息等领域有广泛的应用，如量子通信、量子计算 等
单光子计数是一 种常用的量子光 场测量方法，可 以测量单个光子 的存在和数量。
光子关联测量是 一种测量量子光 场中光子之间的 关联性的方法， 可以测量光子之 间的纠缠、相干
等性质。
量子态层析是一 种测量量子光场 中光子状态的方 法，可以测量光 子的波长、偏振、
相位等信息。
量子光场的测量 实验
实验目的：测量量子光场的性质和 特性
量子光学基础课件
01
02
03
光场量子化概念
光场是由光子组成的，光 子的能量是量子化的，光 场也需用量子化的方式描 述。
电磁场哈密顿量
通过对电磁场进行量子化 处理，可以得到光场的哈 密顿量，进一步推导出光 场算符等基本概念。
光子数态与相干态
介绍光子数态与相干态等 光场常用量子态，以及这 些量子态的性质和应用。
将量子光学器件（如量子光源、光子探测器 、量子门等）集成到单一芯片上，实现高性 能、小型化的量子光子器件。
片上光源与探测器
发展片上量子光源和高效光子探测器，实现 与集成器件的无缝对接，降低系统复杂度和 成本。
基于量子光学的量子模拟与量子计算新架构
1 2 3
光量子计算
利用光子作为量子信息的载体，设计并实现光量 子计算新架构，具有高速、低损耗、易于扩展等 优势。
量子光学历史和现状
历史
量子光学的起源可以追溯到20世纪初，普朗克提出量子假说解释黑体辐射现象。 随后爱因斯坦提出光子的概念，揭示了光的粒子性。20世纪后半叶，随着激光技 术和非线性光学的兴起，量子光学得到了快速发展。
现状
近年来，随着单光子源、量子纠缠光源等关键技术的突破，以及量子计算、量子 通信等领域的蓬勃发展，量子光学研究进入了新的高峰期。目前，量子光学已经 在基础科学研究和技术应用方面取得了众多重要成果。
类比量子模拟
基于量子光学原理设计类比计算机，模拟解决物 理、化学等领域的复杂问题，加速科学研究进程 。
数字量子模拟
结合经典计算和量子光学技术，实现对复杂量子 系统的数字模拟，为量子算法和量子计算提供验 证平台。
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THANKS
光与物质相互作用的量子理论
偶极近似与旋波近似
2012春基础综合光学讲义0311
r
；
图 5.3.7 夫琅和费圆孔衍射的光强分布
2 1.333
r
；…。主极大与次级大的相对
1 J 2 ( 2k ) 1 k2 1 k3 I P I 0 1 k 2 ( ) 2 ( ) 2 I 0 1 2 3 2! 4 3! k 2
（5.3.15）
式中 k
r sin ，r 为衍射圆孔半径，
为衍射角，J 1 (2k ) 为贝赛尔函数，贝赛尔
2
d sin
因入射波面被多缝分割，每条狭缝成为一子 图 5.3.5 多缝衍射图样的光强分布 波源， P 点的光振幅应为多条狭缝在 P 点振幅的 叠加，设每条狭缝对 P 点的贡献均相同，记为 C，但各狭缝在 P 点产生的振动依次有位相 差 ，N 个有位相差 的小矢量 a 相加，可得 P 点的合振幅为：
Nd cos k
（5.3.12）
能分辨的最小角度差为： m d cos k
（5.3.13）
图 5.3.6 谱线的角半宽
仪器能分辨最小波长差 的能力，决定了仪器的分辨率， 这种分辨率称之为色分辨率。 光谱仪器的色分辨率定义为：
R
m 0， 1， 2，
因为光强度随电场的平方而变化，所以透过检偏器的光强就可由下式得出：
（5.3.17）
I Io cos2
的情况：如果φ等于零，检偏器与起偏器光轴平行， cos
《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.
第二章习题答案量子光学（中科院研究生院）
(∆X1)n
=
n m=0
: (∆X1)m :
n!
1
m!(
n−m 2
)!
8
n−m 2
.
由于对于相干态，如果 m = 0，则 : ∆X1m : = 0，所以上式右边在相干态下不为零的 展开项仅为首项
(∆X1)n
=
n!
(
n 2
)!8n/2
=
1·2·3····n
1
·
2
·
3
·
·
·
·
n 2
·
8n/2
=
1·2·3····n
ν π
1/2
exp
−ν
q2 − 2qq0 cos νt + q02 cos2 νt
ν π
1/2
exp
− ν (q − q0 cos νt)2
.
习题 2.4.
习题 2.5.
Y1
=
1 2
Y2
=
1 2i
e−i
θ 2
a
+
ei
θ 2
a†
e−i
θ 2
a
−
ei
θ 2
a†
(∆Y1)2 = Y12 − Y1 2 由此可得
a cosh r − a†eiθ sinh r
a cosh r − a†eiθ sinh r
e−iθ a† cosh r − ae−iθ sinh r a† cosh r − ae−iθ sinh r
a† cosh r − ae−iθ sinh r a cosh r − a†eiθ sinh r
a cosh r − a†eiθ sinh r a† cosh r − ae−iθ sinh r |0
中国科学院研究生院光学
精品文档，欢迎下载！B 精品文档，欢迎下载！中国科学院研究生院2012年招收攻读硕士学位研究生入学统一考试试题科目名称：光学考生须知：1.本试卷满分为150分，全部考试时间总计180分钟。
2.所有答案必须写在答题纸上，写在试题纸上或草稿纸上一律无效。
3.可以使用无字典存储和编程功能的电子计算器1.填空（共12分，每小题2分）(1)发生全反射的条件是和。
(2)正常人眼的远点在，一个近视眼学生，其远点距离为-0.5m，需配的眼镜为度。
(3)焦距为50mm放大镜的放大倍率大约是。
(4)假定人眼在白天的瞳孔直径为2mm，在夜晚的瞳孔直径为4mm，则人眼在白天的极限分辨角是，在夜晚的极限分辨角是。
(5)一架显微镜的放大倍率为200倍，数值孔径为0.8，则其出瞳孔径为。
(6)光学系统的单色象差有五种，色差有两种。
2.作图（12分，每小题4分）(1)用作图法绘出图中垂轴物体AB的像A'B'。
(2)用作图法绘出下图薄透镜的焦点F，F'的位置（标在图上）。
BA'B'科目名称：光学第1页共3页科目名称：光学第2页共3页A A'H H'(3)用作图法绘出下图薄透镜的焦点F ，F'的位置（标在图上）。
3.有一正薄透镜，对某一物成实像时，像高为物高的一半；若将物体向透镜移近100mm 时，则所得的实像与物大小相同，试求球透镜的焦距。
(8分)4.一个厚度为20mm 的平凸透镜放在报纸上，眼睛通过透镜观看报纸上的文字。
当平面朝上时，报纸文字的虚像在平凸透镜平面的下方13.3mm 处；当凸面朝上时，报纸文字的虚像在凸面下方14.6mm 处。
求透镜的折射率和平凸透镜的凸面半径。
(6分)5.一望远镜的入瞳位于物镜框上，理想分辨率为4''，视角分辨率为6''（假定人眼的视角分辨率为60''）。
已知望远镜的透过率为0.5，人眼瞳孔直径d 为5mm ，求人眼用该架望远镜观察星星时的主观亮度与裸眼观测时的比值。
十年高考试题分类解析-物理专题27量子论.docx
高中物理学习材料桑水制作（二十二）量子论一．2012年高考题1. （2012·江苏物理）如图所示是某原子的能级图,a、b、c 为原子跃迁所发出的三种波长的光. 在下列该原子光谱的各选项中,谱线从左向右的波长依次增大,则正确的是 _____________.1.【答案】C【解析】谱线从左向右的波长依次增大，正确的是C。
【考点定位】此题考查能级、玻尔理论、光谱及其相关知识。
2．（2012·上海物理）在光电效应实验中，用单色光照时某种金属表面，有光电子逸出，则光电子的最大初动能取决于入射光的（）（A）频率（B）强度（C）照射时间（D）光子数目【答案】：A【解析】：在光电效应实验中，用单色光照时某种金属表面，有光电子逸出，根据光电效应方程，光电子的最大初动能取决于入射光的频率，选项A 正确。
【考点定位】此题考查光电效应。
3．（2012·四川理综）如图为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子A．从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出电磁波的波长长B．从n=5能级跃迁到n=1能级比n=5能级跃迁到n=4能级辐射出电磁波的速度大C．处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的D．从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量【答案】：A4．（2012·上海物理）根据爱因斯坦的“光子说”可知（A）“光子说”本质就是牛顿的“微粒说”（B）光的波长越大，光子的能量越小（C）一束单色光的能量可以连续变化（D）只有光子数很多时，光才具有粒子性【答案】：B【解析】：根据爱因斯坦的“光子说”可知，光的波长越大，光子的能量越小，选项B正确。
【考点定位】此题考查光子说。
5.（2012·北京理综）一个氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级.该氢原子A．放出光子，能量增加B．放出光子，能量减少C．吸收光子，能量增加D．吸收光子，能量减少5.【答案】：B【解析】氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级.该氢原子放出光子，能量减少，选项B 正确。
2012中国科学院量子力学真题解答
a
当 m n时 2 a m x 2 xmn x s i n ( )dx a 0 a a 2
二 、 解 ： Pn 0 其 中 n0
1 n H ' 0 e i n 0 t d t 2 0 ( E n E 0 ) / n
2
n H ' 0 qE exp( x n = x 0 =
3
1/ 2
0
（ 3） ( ) N (1 H ') 0 , ( ) 0 N (1 H ')
( ) ( ) 1 N
2
1 1 2 H ' 0
2
H ' 0
2
1
2
1 H '2 0
E ( ) ( ) H ( ) ( ) H 0 H ' ( ) = 0 N (1 H ')( H 0 H ') N (1 H ') 0 N 2[E0 H '
0
0
+ 2 E 0 H '2
0
]
E0 由 E ( ) 0
2
2
2
[ H ', [ H 0 , H ']] H ' 0
2
1
2 H '2
2 2
0 0
[ H ', [ H 0 , H ']]
2a02 1 2 e E0
E ( ) E 0 2e a0
四、解： 1） [ J x , J y ] i J z ; [ J y , J z ] i J x ; [ J z , J x ] i J y ; J J iJ 2) m J x n 1 m Jy Jz JzJy n i 1 [ m Jy Jz n m Jz Jy n ] i 1 [n m J y n m m J y n ] i nm m Jy n i 1 m Jz Jx JxJz n i m n = m Jx n i nm m Jy n i nm m n . m Jx n i i (n m )2 m J x n 1 (n m )2 =0 m n 1 所 以 当 且 仅 当 m n 1时 ， m J x n 不 为 0 . 3） 在 （ J 2 , J z ) 表 象 中 ， J = 1 , m = - J , - J 1 , . . . . , J 1, J .所 以 m 0 , 1 . J z =， 相 应 的 1 本 征 态 为 1 0 ； J z =0， 0 0 1 1 1 2 ； J x =0， 2 ' 0 ； 2 1 1 0 1 ； J z =-， 0 J x =-， 0 1 0 1 1 1 3' 2 2 1
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。