高等激光物理学PDF电子书下载

全书主要符号表 1

第1章　激光器的基本概念 1

1.1　激光的特性 1

1.2　受激辐射 5

1.3　光的放大 7

1.4　光的反馈 11

1.5　光的振荡 14

1.6　激光器的自组织 15

习题与思考 17

参考文献 18

第2章　激光器的速率方程理论 19

2.1　激光器的速率方程 19

2.2　激光器的增益饱和 20

2.3　激光器的瞬态特性 22

2.4　调Q激光器的速率方程 23

2.5　均匀加宽的激光器的多模振荡 25

习题与思考 27

参考文献 27

第3章　密度矩阵 28

3.1　激光的半经典理论概况与近似条件 28

3.2　光与二能级原子的作用 30

3.3　纯系综的密度矩阵 32

3.4　混合系综的密度矩阵 35

3.5　光学布洛赫方程 37

3.6　慢变振幅近似与旋转波近似 39

3.7　光学布洛赫方程的矢量模型 42

3.8　光学布洛赫方程的定态解 44

习题与思考 46

参考文献 46

第4章　麦克斯韦-布洛赫方程 47

4.1　麦克斯韦方程与场方程 47

4.2　光学布洛赫方程的简明推导 48

4.3　行波与二能级原子作用的M-B方程 54

4.4　谐振腔中的M-B方程 57

4.5　哈肯的激光方程 61

4.6　单模、均匀加宽的行波激光方程 64

4.7　归一化的宏观量的M-B方程 66

4.8　激光器按照动力学的分类（A,B,C类激光器） 67

习题与思考 68

参考文献 68

第5章　哈肯的半经典激光理论 69

5.1　激光器M-B方程的稳定性和阈值 69

5.2　M-B方程的定态解 71

5.3　单模激光器的瞬态特性 74

5.4　非共振的单模激光器 78

5.5　锁模激光器 80

5.6　从半经典理论过渡到速率方程理论 82

参考文献 84

习题与思考 84

第6章　拉姆的半经典激光理论 85

6.1　激光器的场方程 85

6.2　增益介质的宏观极化强度的计算 87

6.3　单模激光器 89

6.4　多模激光器 93

6.5　双模激光器 96

习题与思考 99

参考文献 99

第7章　气体激光器 101

7.1　多普勒效应引起的非均匀加宽 101

7.2　驻波产生的烧孔效应与拉姆凹陷 102

7.3　拉姆的气体激光半经典理论 105

7.4　气体激光器的三阶极化理论 109

参考文献 110

习题与思考 110

第8章　瞬态相干作用 111

8.1　瞬态相干作用概念 111

8.2　瞬态相干作用的麦克斯韦-布洛赫方程 112

8.3　拉比振荡 113

8.4　光学章动 116

8.5　光子回声的机理 118

8.6　光子回声的计算 120

习题与思考 124

参考文献 124

第9章　光学孤立子 125

9.1　孤立子的概念 125

9.2 自感透明的定性描述 126

9.3　面积定理及其含义 127

9.4　2π双曲正割脉冲 135

9.5 自感透明的正弦-戈登方程 140

9.6　光纤中孤立子的形成机理 141

9.7　光纤中孤立子的非线性薛定谔方程 145

9.8　光纤中孤立子的传输性质 149

9.9　非线性薛定谔方程的修正 151

9.10　光纤孤立子的增益补偿与孤立子放大器 152

9.11　光纤中孤立子的相互作用 156

9.12　孤立子激光器的实验与理论 157

9.13　暗孤立子 160

习题与思考 162

参考文献 162

第10章　光学双稳态 164

10.1　光学双稳态的原理 164

10.2　光学双稳态的干涉仪理论 167

10.3　光学双稳态的M-B方程 169

10.4　吸收双稳态与色散双稳态 171

10.5　光学双稳态的相变类比 174

10.6　起伏或噪声对光学双稳态的影响 177

10.7　光学双稳态实验 179

习题与思考 181

参考文献 181

第11章　位相复共轭光学 183

11.1　位相复共轭光学的概念 183

11.2　四波混频与实时全息 186

11.3　二能级系统中四波混频的半经典理论 188

11.4　透明的非线性晶体中的四波混频 190

参考文献 192

第12章　光学混沌与分形 193

12.1　混沌的基本概念 193

12.2　倍周期分岔 194

12.3　洛伦兹方程与奇异吸引子 195

12.4　混沌的定量标志——分形与分维 200

12.5 由一维时间序列计算奇异吸引子的关联维数 206

12.6 单模均匀加宽激光器的哈肯-洛伦兹模型 210

12.7　CO2激光器的混沌实验 214

12.8　非均匀加宽的单模行波激光器的混沌 218

12.9　光学双稳态的混沌 220

12.10　有延迟的光学双稳态的混沌 222

习题与思考 224

参考文献 224

第13章　辐射场的量子化 226

13.1　辐射场的量子化 226

13.2　光子的位相算符 233

13.3　光子数态和位相态的性质 238

13.4　相干态 241

13.5　态矢量和算符按相干态展开 249

13.6　量子化的相干函数 256

习题与思考 259

参考文献 260

第14章　光与物质作用的全量子理论 261

14.1　泡利算符与相互作用哈密顿量 261

14.2　二次量子化与相互作用哈密顿量 268

14.3　全量子化的麦克斯韦-布洛赫方程 273

14.4　自发辐射、受激辐射和光的吸收 275

习题与思考 280

参考文献 280

第15章　激光器的全量子理论 281

15.1　激光器全量子理论模型与约化算符方法 281

15.2　激光器全量子的四级微扰计算及功率特性 284

15.3　激光器全量子理论的强信号理论 289

15.4　激光的光子统计 293

15.5　激光的线宽 300

15.6　福克-普朗克方程 305

参考文献 311

习题与思考 311

第16章　哈肯的全量子激光理论 313

16.1　布朗运动与经典的朗之万方程 313

16.2　量子力学中的起伏与耗散 318

16.3　激光器的量子化朗之万方程 323

16.4　单模激光的朗之万方程的求解 326

16.5　福克-普朗克方程与光子统计 329

习题与思考 331

参考文献 332

第17章　非线性光学的量子理论 333

17.1　倍频 333

17.2　参量振荡与腔内四波混频 335

17.3　双光子激光器的半经典理论 340

17.4　双光子激光器的全量子化方程 342

17.5　双光子激光器的半经典解 342

参考文献 344

18.1　超荧光的概念与实验现象 345

第18章　超荧光与超辐射 345

18.2　超荧光的半经典理论 349

18.3　超荧光的全量子M-B方程理论 351

18.4　平均场近似下的全量子M-B方程 354

参考文献 356

第19章　共振荧光与光子反聚束 357

19.1　光的反聚束、亚泊松分布、压缩态 357

19.2　共振荧光的概念和实验 362

19.3　共振荧光谱的理论 363

19.4　单原子共振荧光的反聚束效应 368

参考文献 372

第20章　光学压缩态 373

20.1　光学压缩态的概念和定义 373

20.2　起伏、均方差与关联函数 377

20.3　双光子压缩态与准光子本征态 380

20.4　用位移算符与压缩算符定义的压缩态 382

20.5　光学压缩态的一般性质 385

20.6　光学压缩态与光子反聚束及亚泊松分布 388

20.7　多模压缩态与高阶压缩态 390

20.8　四波混频产生光学压缩态的实验 392

20.9　用光学参量振荡实现光学压缩态 394

20.10　压缩态的检测与应用 397

习题与思考 399

参考文献 399

第21章 自由电子激光器 400

21.1 自由电子激光器的构造和特点 400

21.2 自由电子激光器的自发辐射——同步辐射 404

21.3 自由电子激光放大器的增益 407

21.4 自由电子激光动力学的单电子理论 413

21.5　有锥形磁摆动器的自由电子激光器 416

21.6 自由电子激光器的全量子理论 418

21.7 自由电子激光的压缩态 422

参考文献 424

第22章　量子信息科学 425

22.1　量子信息 425

22.2　纠缠态 426

22.3　量子计算 430

22.4　量子网络及其应用 441

22.5　纠缠态分析的实际方法 444

22.6　用参量下转换产生偏振纠缠态的光子对 447

22.7　量子态远程传输的原理 450

22.8　量子态远程传输实验 453

习题与思考 459

参考文献 460

第23章　激光冷却与玻色-爱因斯坦凝聚 462

23.1　激光冷却 462

23.2　玻色-爱因斯坦凝聚 466

23.3　BEC的实现 469

23.4　研究玻色-爱因斯坦凝聚的意义、应用 470

习题与思考 474

参考文献 474

第24章　慢光速与超光速 475

24.1 群速与相速的关系及其与折射色散的关系 475

24.2 三能级系统的极化率与折射率色散的计算 476

24.3　群速的慢光速与超光速实验 480

24.4　群速超光速实验现象与相对论 484

习题与思考 486

参考文献 487

第25章　光子晶体 488

25.1　光子晶体的概述 488

25.2　光子晶体中的场方程与布洛赫方程 491

25.3　光子晶体光纤 493

25.4　光子晶体激光器 498

25.5　光子晶体的其他应用 502

习题与思考 503

参考文献 504

第26章　飞秒激光与阿秒激光 505

26.1　飞秒激光 505

26.2　用飞秒锁模激光测量光的频率 506

26.3　阿秒激光的产生 512

26.4　互相关测量原理 514

26.5　单个阿秒脉冲的产生与测量 516

26.6　面临的问题与应用前景 517

习题与思考 518

参考文献 518

第27章　THz辐射技术与应用 519

27.1　THz辐射的概念与特性 519

27.2　THz辐射的产生与探测 520

27.3　THz辐射时域光谱技术 523

27.4　THz辐射时域光谱实验 528

27.5　THz辐射成像 530

27.6　隐蔽物的THz成像与光谱 533

27.7　展望 535

参考文献 535

第28章　激光与协同学 536

28.1　从激光理论到协同学 536

28.2　激光器的二级相变类比与信息的自组织 537

28.3　光学双稳态与一级相变 539

28.4　经络的自组织理论 540

28.5　大脑压缩态与纠缠态 541

28.6　大脑纠缠态 547

28.7　大脑量子信息研究展望 548

参考文献 549

附录 与激光有关的诺贝尔奖 551

索引 555