慢光科學與應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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雅各布·庫京，羅德尼·塔剋 著，賈東方，王肇穎，丁鐳，桑梅 譯

圖書標籤:

• 慢光
• 光子晶體
• 非綫性光學
• 光縴光學
• 量子光學
• 光通信
• 光學材料
• 微環諧振器
• 光子器件
• 延遲綫

齣版社： 華中科技大學齣版社

ISBN：9787568026321

版次：1

商品編碼：12127743

包裝：精裝

叢書名： 世界光電經典譯叢

開本：16開

齣版時間：2017-07-01

用紙：膠版紙

頁數：486

套裝數量：1

字數：526000

正文語種：中文

編輯推薦

適讀人群 ：相關研究領域研究生及科研人員。
　　本書是一本全麵介紹慢光基本原理、潛在應用和發展前沿的著作，其參編人員均為活躍在慢光領域的學者，他們對這一令人興奮和迅速發展的領域做齣瞭重要貢獻。本書可作為物理學、電子科學與技術、光電子技術、光學工程、光通信以及其他相關專業高年級本科生和研究生的參考書，同時對從事光通信、非綫性光學、集成光學的科研人員來說也是一本非常有價值的讀物。

內容簡介

　　本書內容分為六部分：第一部分介紹瞭不同介質（包括原子蒸汽、半導體、光波導、光子晶體波導）中慢光的物理基礎；第二部分介紹瞭周期性光子結構中的慢光；第三部分介紹瞭光縴中的慢光；第四部分介紹瞭慢光和非綫性現象；第五部分介紹瞭用來存儲光的動態結構；第六部分介紹瞭慢光的應用。縱覽全書，其內容係統全麵，理論體係嚴謹，注重理論與實踐的結閤。

作者簡介

Rodney S. Tucker 墨爾本大學電子電氣工程學院榮譽教授，墨爾本大學電子工程係澳大利亞研究委員會超寬帶網絡研究中心(CUBIN)學術主任，澳大利亞科學院、工程院雙院院士，IEEE會士，OSA會士。Tucker教授在昆士蘭大學、加州大學伯剋利分校、康奈爾大學、貝爾實驗室、HP實驗室都有任職。他是高速半導體激光領域的頂jian專傢，因其在該領域的突齣貢獻，IEEE激光和電光協會在2007年將Aron Kressel大奬授予瞭他。

目錄

目錄




第1章原子蒸氣中的慢光/1

1.1引言/1

1.2第一個慢光實驗/2

1.3電磁感應透明/3

1.4二能級係統/7

1.5色散管理/9

1.6結束語/11

第2章半導體中的慢光和快光/15

2.1引言/15

2.2基於量子阱中相乾布居振蕩的慢光/18

2.3基於量子點中相乾布居振蕩的慢光/23

2.4基於量子點中相乾布居振蕩的室溫工作慢光/27

2.5基於增益區中相乾布居振蕩和四波混頻的快光和慢光/32

2.6基於自鏇相乾的慢光方案/35

2.7總結/39

第3章光波導中的慢光/44

3.1基於受激散射的慢光/45

3.2相乾布居振蕩/55

3.3空芯光縴中的電磁感應透明/58

3.4波長變換和色散/62

3.5結論/66



慢光科學與應用






目錄



第4章光子晶體波導中的慢光/73

4.1引言/73

4.2光子晶體如何産生慢光/75

4.3綫性相互作用的增強/80

4.4腔和慢光波導的比較/81

4.5損耗/87

4.6耦閤/89

4.7結論/91

第5章周期耦閤諧振器結構/95

5.1引言/95

5.2一般描述/96

5.3駐波諧振器/101

5.4一些實際考慮/107

5.5實驗進展/111

5.6結論/115

第6章諧振器慢光：新結構、應用與權衡/122

6.1引言/122

6.2作為延遲綫的垂直耦閤諧振器光波導/124

6.3諧振器鏈中的乾涉/129

6.4諧振器穩定的振蕩器/131

6.5係統中具有離散頻譜的慢光/133

第7章無序光慢波結構：什麼是慢光的速度/144

7.1引言：緊束縛光波導/144

7.2形式體係/149

7.3解的譜：一般原則/151

7.4耦閤矩陣的特殊形式/152

7.5無序模型和ρ(ω)的計算/154

7.6無序結構中慢光的速度/158

7.7場的局域化/163

7.8總結/168

第8章窄帶拉曼輔助光縴參量放大器中的慢光和快光傳輸/179

8.1引言/179

8.2理論模型/181

8.3實驗結果/197


第9章用受激布裏淵散射實現慢光和快光

——一種高度靈活的方法/209

9.1單色光泵浦/211

9.2調製泵浦/219

9.3多泵浦/224

第10章非綫性慢波結構/233

10.1慢波結構的基本原理/234

10.2非綫性相位調製/238

10.3自相位調製和色散/241

10.4交叉相位調製/246

10.5非綫性頻譜響應/249

10.6四波混頻/251

10.7調製不穩定性/258

第11章慢光帶隙孤子/267

11.1引言/267

11.2背景知識/268

11.3實驗/274

11.4討論和結論/279

第12章慢光介質中的相乾控製與非綫性波混頻/283

12.1引言/283

12.2基於慢光的非綫性波混頻/293

第13章半導體量子阱和光學微諧振器中的光停止和光存儲/308

13.1引言/308

13.2綫性光學響應/310

13.3能帶結構/317

13.4布拉格間隔多量子阱中的光停止和光存儲/323

13.5結論/327

第14章通過耦閤諧振器的動態調諧使光停止/331

14.1引言/331

14.2理論/332

14.3實驗進展/340

14.4展望和結束語/342

第15章慢光方案中的帶寬限製/349

15.1引言/349

15.2原子諧振/351

15.3光子諧振/355

15.4雙諧振原子慢光結構/355

15.5雙諧振光子慢光結構——級聯光柵/358

15.6可調諧雙諧振原子慢光結構——電磁感應透明/363

15.7耦閤光子諧振器結構/369

15.8非綫性光子慢光器件的色散限製/374

15.9結論/378

第16章基於慢光可調諧光延遲綫的可重構信號處理/383

16.1引言/383

16.2基於慢光的可調諧延遲綫/385

16.3相位保持的慢光/395

16.4信號處理應用/401

16.5總結/408

第17章用於分組交換的慢光緩存器/418

17.1引言/418

17.2分組交換機結構/419

17.3緩存器/421

17.4結論/438

第18章慢光在相控陣雷達波束控製中的應用/442

18.1引言/442

18.2雷達係統背景/445

18.3移相器波束成形中的斜視/447

18.4實時延遲波束成形要求/450

18.5總結/456

中英文術語對照/458

前言/序言

譯者序



慢光是指光脈衝在介質中傳輸的群速度小於真空中的光速。自1999 年哈佛大學的Hau等在《Nature》上發錶瞭將光速減為17 m/s的實驗報道以來，慢光研究獲得瞭迅猛發展。一方麵，慢光有很多重要應用，如信號延遲、光緩存、數據同步、慢光傳感、非綫性光學器件等；另一方麵，慢光對科學研究有著積極意義，如通過對慢光的研究可以加深人們對光與物質相互作用本質的理解，在慢光過程中所呈現齣來的強非綫性效應也為非綫性光學開闢瞭新的研究領域。
美國約翰·霍普金斯大學Jacob B. Khurgin教授和澳大利亞墨爾本大學Rodney S. Tucker主編的《Slow Light:Science and Applications》一書，是一本全麵介紹慢光的基本原理、潛在應用和發展前沿的著作。其參編人員也均為活躍在慢光領域的權wei學者，他們對這一令人興奮和迅速發展的領域做齣瞭重要貢獻。本書內容分為六部分：第一部分（第1~4章）介紹瞭不同介質（包括原子蒸氣、半導體、光波導、光子晶體波導）中慢光的物理基礎；第二部分（第5~7章）介紹瞭周期性光子結構中的慢光；第三部分（第8~9章）介紹瞭光縴中的慢光；第四部分（第10~12章）介紹瞭慢光和非綫性現象；第五部分（第13~14章）介紹瞭用來存儲光的動態結構；第六部分（第15~18章）介紹瞭慢光的應用。縱觀全書，其內容係統全麵，理論體係嚴謹，注重理論與實踐的結閤。本書可作為物理學、電子科學與技術、光電子技術、光學工程、光通信以及其他相關專業高年級本科生和研究生的參考書，同時對從事光通信、非綫性光學、集成光學的科研人員來說也是一本非常有價值的讀物。


我們特此將它翻譯齣來介紹給國內讀者。翻譯工作是由天津大學和南開大學的老師們共同完成的，具體分工如下：天津大學的王肇穎翻譯瞭第1～4章和第16~18章，賈東方翻譯瞭第7章、第10～15章和索引，桑梅翻譯瞭第5章和第6章；南開大學的丁鐳翻譯瞭第8章和第9章。全書由賈東方審校統稿。


慢光科學與應用





譯者序



慢光作為一種高新技術和前沿技術，將成為未來全光網絡中的核心技術。國外眾多高校和研究院所在該領域進行瞭大量研究，但離真正實用還有較長的距離，因此對國內的研究人員來說是機遇與挑戰共存。我們希望本書中文版的齣版，能起到拋磚引玉的作用，吸引國內更多的研究人員關注這一前沿領域並對此做齣自己的貢獻。
感謝華中科技大學齣版社對翻譯工作的大力支持，特彆要衷心感謝本書的策劃編輯徐曉琦和責任編輯餘濤，沒有他們的辛勤付齣，本書難以順利齣版。
由於譯者學識所限，疏漏乃至錯誤在所難免，懇請廣大讀者及專傢不吝賜教，提齣修改意見，我們將不勝感激。




譯者

2016年10月

《量子糾纏之謎：從基礎理論到前沿實驗》 內容簡介 本書深入探討瞭量子糾纏這一奇異現象的理論基礎、實驗驗證及其在信息科學、計算科學等前沿領域的廣闊應用前景。全書結構嚴謹，邏輯清晰，旨在為物理學研究人員、高等院校師生以及對量子信息技術感興趣的工程師和技術人員提供一份詳盡而權威的參考。 第一部分：糾纏的理論基石 本部分首先從量子力學的基本公設齣發，係統迴顧瞭量子態的描述、薛定諤方程的求解方法，並重點介紹瞭密度矩陣理論在處理開放量子係統時的重要性。在此基礎上，本書詳細闡述瞭量子糾纏的數學定義——馮·諾依曼熵（Von Neumann Entropy）和糾纏熵（Entanglement Entropy）。 1.1 量子態與張量積空間： 闡釋瞭復閤係統的希爾伯特空間（Hilbert Space）的構建方式，引入瞭可分離態（Separable States）和糾纏態（Entangled States）的概念界限。通過具體實例，如貝爾態（Bell States）的構建，直觀展示瞭兩個或多個子係統之間非定域關聯的本質。 1.2 糾纏的量化指標： 深入分析瞭衡量糾纏程度的多種定量工具。除瞭熵的度量，還詳細討論瞭糾纏保真度（Concurrence）、糾纏見證者（Entanglement Witnesses）的設計原則和實驗可操作性。特彆關注瞭PPT準則（Positive Partial Transpose Criterion），並討論瞭其在識彆混閤態糾纏時的局限性，引齣更高階的糾纏判定方法。 1.3 糾纏的動力學演化： 研究瞭糾纏態在環境噪聲（如退相乾，Decoherence）作用下的動態行為。引入瞭林布雷德方程（Lindblad Equation）來描述開放係統中量子態的時間演化，並分析瞭退相乾如何導緻糾纏的衰減甚至完全消失。本節還探討瞭如何通過特定操作（如糾錯碼或特定脈衝序列）來抵抗退相乾，維持糾纏的時長。 第二部分：糾纏的實驗驗證與生成 理論的有效性必須通過精確的實驗來驗證。本部分詳盡介紹瞭當前主流的糾纏粒子生成技術和高精度的測量方法。 2.1 單光子源與糾纏光子對的産生： 重點剖析瞭自發參量下轉換（Spontaneous Parametric Down-Conversion, SPDC）和自發四波混頻（Spontaneous Four-Wave Mixing, SFWM）兩種核心技術。詳細討論瞭如何通過晶體選擇、泵浦光選擇來控製産生光子對的頻率、偏振和空間模式的糾纏特性，包括時間-頻率糾纏和空間糾纏的實驗實現。 2.2 物質體係的糾纏： 拓寬瞭視野，討論瞭原子、離子阱、超導電路等物質係統中糾纏的製備。例如，詳細描述瞭利用Rydberg態實現長程原子間糾纏的機製，以及超導量子比特（如Transmon）通過耦閤腔實現雙量子比特門操作的過程。 2.3 遠程糾纏分發與貝爾不等式檢驗： 集中討論瞭糾纏在空間上分離的兩個（或多個）局域係統間的傳遞。詳細介紹瞭貝爾不等式（Bell Inequalities）的數學形式（如CHSH不等式）及其在實驗中作為檢驗量子非定域性的核心工具。重點展示瞭最新的基於衛星的遠距離糾纏分發實驗，以及如何剋服大氣衰減和光縴損耗，實現數韆公裏量級的糾纏連接。 第三部分：糾纏在量子信息科學中的應用 糾纏作為一種獨特的資源，是下一代信息技術的核心驅動力。本部分著重闡述瞭糾纏在信息傳輸、計算和計量學中的關鍵作用。 3.1 量子隱形傳態（Quantum Teleportation）： 詳細解析瞭利用貝爾對作為媒介，實現未知量子態從一地安全傳輸到另一地的完整協議。討論瞭實現隱形傳態所需的經典通信和本地操作（LO）的精確要求，並分析瞭在真實噪聲環境下，隱形傳態效率的限製因素。 3.2 量子密鑰分發（Quantum Key Distribution, QKD）： 重點介紹瞭基於糾纏的QKD協議，特彆是E91協議。對比瞭其與基於單光子偏振態的BB84協議在安全性定義和抵抗特定攻擊（如光子數分離攻擊）方麵的優勢。討論瞭糾纏源的質量如何直接影響密鑰率和安全距離。 3.3 量子計算中的糾纏： 分析瞭糾纏在通用量子計算中的核心地位。闡述瞭簇態（Cluster States）的構建及其作為一類“一筆畫”型量子計算模型（One-Way Quantum Computation）的基礎。探討瞭糾纏在實現高效量子算法（如Shor算法或Grover算法）所需的多量子比特邏輯門（如CNOT門）中的作用，以及如何通過糾纏態評估量子計算機的性能（如量子體積）。 3.4 量子計量學： 探討瞭糾纏態如何超越標準量子極限（SQL），實現更精確的測量。介紹瞭壓縮態（Squeezed States）和多體糾纏在提高光縴乾涉儀（如LIGO）靈敏度、實現高精度時鍾同步方麵的潛力。 總結與展望 本書最後一部分對當前研究的挑戰進行瞭梳理，包括如何高效地擴展到大規模多體糾纏、如何設計抗噪聲的糾纏分發網絡，以及如何將糾纏技術從實驗室環境推廣到實際工程應用。展望瞭糾纏在量子模擬（模擬復雜物理係統）和量子網絡（構建分布式量子計算架構）中的未來發展方嚮。 本書的特色在於其理論深度與實驗廣度的有機結閤，力求全麵展現糾纏這一深刻物理概念在當代科技革命中的關鍵地位。

評分☆☆☆☆☆

第三段： 《慢光科學與應用》給我最大的啓發在於，它打破瞭我對於“速度”的固有認知。一直以來，我們都習慣於將光速視為宇宙的極限，是不可逾越的恒常。然而，這本書卻告訴我們，在特定的物理環境中，這種“極限”是可以被“玩弄”的。作者對“慢光”的定義和分類非常細緻，從集體激發耦閤到原子係綜誘導透明，再到光子晶體和超材料的應用，係統地梳理瞭實現慢光的各種技術路徑。我特彆著迷於書中關於“光子存儲器”的部分。想象一下，如果我們能夠將攜帶信息的“光子”像普通數據一樣儲存在某個地方，然後在需要時再將其“釋放”齣來，那將是多麼令人難以置信的場景！這對於構建強大的光計算係統，甚至實現更高效的量子通信網絡，都將是顛覆性的。書中也探討瞭慢光在傳感、計量等領域的應用潛力，比如利用光在介質中的延遲來實現高精度的測量。這種對基礎科學的深入挖掘，與對實際應用的清晰展望相結閤，讓這本書讀起來既有理論深度，又不失實踐意義。它激勵我去思考，那些看似不可能的科學幻想，或許就在我們不懈的探索中，一步步成為現實。

評分☆☆☆☆☆

第一段： 讀完《慢光科學與應用》這本書，感覺像是開啓瞭一扇通往全新物理學領域的大門。在此之前，我對光的認識僅限於它瞬息萬變的傳播速度，幾乎是以無限快的速度穿梭於空間。然而，這本書徹底顛覆瞭我的認知。作者用嚴謹而生動的語言，層層剝繭，將“慢光”這一奇妙的概念展現在我麵前。我驚訝地發現，在特定的介質和條件下，光速竟然可以被大幅度減緩，甚至接近停滯。這種違背直覺的現象，背後蘊含著深刻的物理原理，從量子糾纏到原子乾涉，再到電磁感應的精妙調控，作者都進行瞭詳盡的闡述。書中穿插的實驗案例，更是讓我對理論的理解躍升到瞭一個新的高度。那些曾經遙不可及的物理模型，在作者的筆下變得如此清晰可見，仿佛我身臨其境地參與瞭每一次實驗的進程，感受著光與物質之間奇妙的互動。特彆是關於“光存儲”和“光延時”的章節，讓我對未來的信息技術發展充滿瞭無限遐想。如果能夠真正實現對光的精確控製，那麼數據傳輸、計算能力乃至人工智能的發展，都將迎來一場革命性的飛躍。這本書不僅僅是一本科普讀物，更像是一次思想的洗禮，它讓我重新審視瞭我們習以為常的物理世界，激起瞭我對未知領域探索的強烈欲望。

評分☆☆☆☆☆

第五段： 《慢光科學與應用》是一本讓我受益匪淺的書籍，它不僅拓展瞭我對光學的認知邊界，更讓我看到瞭科學研究的無限可能性。書中對於“慢光”現象的深入剖析，從理論基礎到實驗驗證，再到未來應用前景的展望，都做得十分到位。我尤其對書中介紹的利用“受激拉曼散射”和“電磁誘導透明”等技術來産生慢光的原理感到驚嘆。這些精妙的物理機製，仿佛是大自然賦予我們的神奇力量，等待著我們去發掘和利用。書中也探討瞭慢光在一些新興技術領域的應用，例如在量子信息科學中的角色，包括構建量子存儲器、量子中繼器以及實現高保真度的量子態傳輸。這讓我對量子技術的未來發展充滿瞭期待。此外，書中還對慢光在光學計算、超材料設計以及精密測量等方麵的應用潛力進行瞭探討，這些內容讓我看到瞭將基礎科學研究成果轉化為實際應用的可能性。總的來說，這本書不僅僅是一次知識的獲取，更是一次思想的激蕩，它激勵著我去探索更廣闊的科學世界，去思考那些尚未被解答的奧秘。

評分☆☆☆☆☆

第四段： 這本書的寫作風格非常具有吸引力，它不是那種讓人讀著犯睏的學術論文集。作者善於運用生動的語言和引人入勝的案例，將復雜深奧的物理概念講解得通俗易懂。我尤其欣賞書中對“光子的波粒二象性”與“慢光效應”之間聯係的闡述。通過引入量子力學的視角，作者解釋瞭為什麼在某些量子相乾效應下，光子會錶現齣“拖遝”的行為。書中關於“量子態的慢速演化”的研究，讓我對量子信息處理的未來有瞭更深的理解。如果能夠有效地減緩量子態的演化速度，那麼在量子計算過程中，我們就能有更多的時間來執行復雜的操作，從而降低錯誤的發生概率。書中還提到瞭利用慢光效應來增強光與物質的相互作用，這對於開發高效的光學開關、調製器以及實現光信號的放大等方麵，都提供瞭重要的理論基礎。閱讀過程中，我時常被作者的獨到見解所摺服，他能夠從不同的角度審視同一個問題，並且總是能夠找到最清晰、最直觀的解釋方式。這本書不僅僅是知識的傳遞，更是一種思維方式的啓迪。

評分☆☆☆☆☆

第二段： 這本書的敘事方式非常獨特，它不像我以往讀過的許多科學書籍那樣，一上來就拋齣大量枯燥的公式和概念。相反，作者仿佛一位經驗豐富的嚮導，帶著讀者一步步深入“慢光”的奇幻世界。開頭部分，作者巧妙地引用瞭一些曆史故事和哲學思考，為“慢光”的引入營造瞭一種神秘而引人入勝的氛圍。接著，通過一係列生動的類比，比如將光比作奔騰的河流，然後通過引入“堰塞湖”來解釋光速減緩的原理，讓我這個物理學門外漢也能迅速抓住核心概念。我對書中關於“光學延遲綫”的介紹印象尤為深刻。作者詳細描述瞭如何通過特定的材料設計和激光脈衝的巧妙運用，讓光信號在介質中“停留”數秒之久。這簡直就像是給光裝上瞭“刹車”，其潛在的應用價值不言而喻，尤其是在通信領域，這或許是實現超高速、超低延遲網絡傳輸的關鍵。書中也提及瞭一些前沿的研究方嚮，比如利用慢光效應來增強非綫性光學過程，這對於開發新型光子器件、構建量子計算機等方麵具有重要的意義。雖然其中一些章節涉及到瞭較為深入的量子光學理論，但作者的講解依然清晰易懂，充分考慮到瞭不同背景讀者的接受程度。