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第一篇 光与原子相互作用的基本理论 1

引言 1

第一章 量子力学描述的三种绘景 2

第一节 薛定谔绘景 2

第二节 海森伯绘景 6

第三节 相互作用绘景 10

一、相互作用绘景中的运动方程 10

二、用微扰法求解态函数？ 12

一、密度算符及其特性 15

第四节 密度算符 15

二、密度算符方程的解 20

第二章 二能级原子与光学布洛赫方程 25

第一节 二能级原子 25

第二节 二能级原子与电磁场相互作用的哈密顿量 26

第三节 光学布洛赫方程 28

第四节 二能级原子动力学行为的密度矩阵描述 32

一、不计及衰变时描述二能级原子的密度矩阵方程 32

二、计及衰变效应时的密度矩阵方程 35

第一节 真空中电磁场的经典描述 38

第三章 光场的量子描述 38

一、辐射场的量子化 43

第二节 辐射场的量子化 43

二、光子的动量和自旋 46

第三节 描述光场的态函数 50

一、光场的粒子数态 50

二、光场的相干态 53

三、相位算符和相位态 62

四、光场的混沌态 76

第一节 原子与辐射场相互作用的狄克模式 81

第四章 伙克(Dicke)模式与Jaynes—Cummings(J—C)模型 81

第二节 受激原子的自发发射 86

第三节 J—C模型 92

第五章 小系统与库耦合行为的量子理论 98

第一节 经典朗之万方程和福克尔-普朗克方程 98

一、朗之万方程 99

二、福克尔-普朗克方程 103

第二节 量子谐振子和二能级原子满足的主方程 112

一、量子谐振子满足的主方程 113

二、描述与庫场作用的二能级原子的主方程 122

第三节 量子谐振子的特征函数与准概率分布函数 124

一、正规排列顺序 125

二、反正规排列顺序 129

三、对称排列顺序 132

第二篇 光场的量子特性 141

引言 141

第一章 光场的相干性 143

第一节 光场的经典相干性 143

一、光场的时间相干性 143

二、光场的空间相干性 144

三、？阶相关函数 146

四、光场的高阶相关函数 150

第二节 光场相干性的量子理论 152

一、量子关联函数 153

二、光场的聚束与反聚束效应 156

三、双模光场的模间相关性 163

第二章 光场的压缩态 165

第一节 单模光场的压缩态 166

一、压缩相干态 166

二、压缩真空态 184

第二节 双模光场的压缩态 185

第三节 辐射场的高阶压缩和振幅平方压缩 193

一、辐射场的高阶压缩 193

二、振幅平方压缩 196

三、光场各种压缩定义的独立性 197

第四节 J-C模型中光场的压缩效应 198

第三章 共振荧光 206

第一节 单个二能级原子的共振荧光分布理论 208

一、修饰规范变换 208

二、单原子共振荧光频谱分布 213

三、三峰带荧光谱线的线宽 215

四、荧光谱线的强度分布 220

第二节 三能级原子的共振荧光频谱分布 229

一、描述在双模光场作用下三能级原子系统的哈密顿量 229

二、与一强单色场和一弱单色场作用的三能级原子的共振荧光频谱分布 231

三、在双强单色场作用下三能级原子的共振荧光频谱分布 237

第三节 单原子共振荧光的密度矩阵描述 244

第四章 超荧光 255

第一节 超荧光的基本特征 255

第二节 超荧光的准经典理论 259

一、描述系统的海森伯方程 266

第三节 超荧光的全量子理论 266

二、超荧光的狄克模式 271

三、超荧光的量子统计特性 276

第四节 超荧光拍 285

一、超荧光拍的基本特征 285

二、狄克模式的超荧光拍 287

第五章 光学双稳态 295

第一节 光学双稳态的基本性质和它的产生机理 295

一、描述光学双稳系统的哈密顿量 302

第二节 色散型光学双稳态的量子理论描述 302

二、系统的光学双稳性质 305

第六章 虚光场效应 309

第一节 氢原子的兰姆位移与虚光场效应 310

第二节 虚光场对光场相位涨落的影响 316

一、旋波近似下光场的相位随时间的演化 316

二、非旋波近似下光场的相位随时间的演化 321

第三节 虚光子过程对光场压缩效应的影响 326

一、旋波近似下光场的压缩效应 327

二、虚光子过程对光场压缩效应的影响 330

第三篇 与光场作用的原子行为的量子特性 337

引言 337

第一章 原子布居的周期崩塌与回复效应 338

第一节 与经典电磁场作用的二能级原子算符的时间演化 338

第二节 原子布居的周期崩塌与回复效应 341

一、在粒子数态光场作用下原子算符的时间演化 342

二、在相干光场作用下，原子布居的周期崩塌与回复效应 343

第三节 双光子J-C模型中原子布居的周期崩塌与回复效应 352

第四节 三能级原子系统中原子算符的时间演化特征 356

一、系统态矢随时间的演化 357

二、原子粒子布居数的周期崩塌与回复现象 359

第二章 原子算符的压缩效应 366

第一节 原子算符压缩的定义 366

第二节 双光子J-C模型中原子算符的压缩效应 370

一、真空态光场作用下原子算符的压缩 372

二、叠加态光场作用下原子算符的压缩 378

三、相干光场作用下原子算符的压缩 382

第三节 单原子共振荧光系统中原子算符的压缩效应 384

第一节 与双模光场作用的三能级原子系统的态矢随时间的演化 388

第三章 原子的相干捕获 388

第二节 光场的相位随时间的演化 391

第三节 原子的相干捕获 395

第四章 与光场作用的双原子系统的量子特性 402

第一节 有偶极-偶极相互作用的双原子系统的哈密顿量 402

一、原子间的电偶极相互作用能 402

二、真空起伏诱导的偶极-偶极相互作用 404

第二节 与弱光场作用的有耦合双原子系统的量子特性 410

一、有耦合双原子系统粒子布居差随时间的演化 411

二、耦合效应对原子算符压缩的影响 417

第三节 相干光场作用下，双原子系统中粒子布居数的周期崩塌与回复效应及原子的相干捕获现象 423

一、有耦合双原子系统粒子布居数的周期崩塌与回复 426

二、有耦合双原子系统中原子的相干捕获 433

第五章 激光场作用下原子的自电离 440

第一节 弱激光场作用下原子的自电离 441

第二节 强激光场作用下原子的自电离 451

第三节 强激光场作用下原子的阀上离化 459

一、二阶离化过程对低能光电子谱的影响 465

二、高能光电子谱及峰开关效应 467

一、与驻波场相互作用的原子系统的态函数 470

第六章 激光场中原子的运动 470

第一节 驻波场中原子的偏离和衍射 470

二、原子的衍射 477

三、原子的偏离 486

第二节 辐射场对原子的作用力 488

一、辐射力的准经典理论 490

二、修饰态方法对辐射偶极力的描述 499

第七章 激光致冷 518

第一节 激光减速原子束 518

一、偏振激光场与准二能级原子相互作用系统的哈密顿量 520

第二节 激光冷却原子的量子理论描述 520

二、原子内态密度矩阵元的演化方程 526

三、激光场作用下原子所受的辐射力 533

四、激光场冷却原子的物理机制 538

第三节 关于激光致冷的极限温度 543

一、激光场作用下原子动量的扩散 543

二、激光冷却原子的热平衡温度 550

三、利用速度选择相干态布居捕获实现原子冷却的极限温度 552

索引 556