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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