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雅各布·库京，罗德尼·塔克 著，贾东方，王肇颖，丁镭，桑梅 译

图书标签:

• 慢光
• 光子晶体
• 非线性光学
• 光纤光学
• 量子光学
• 光通信
• 光学材料
• 微环谐振器
• 光子器件
• 延迟线

出版社： 华中科技大学出版社

ISBN：9787568026321

版次：1

商品编码：12127743

包装：精装

丛书名： 世界光电经典译丛

开本：16开

出版时间：2017-07-01

用纸：胶版纸

页数：486

套装数量：1

字数：526000

正文语种：中文

编辑推荐

适读人群 ：相关研究领域研究生及科研人员。
　　本书是一本全面介绍慢光基本原理、潜在应用和发展前沿的著作，其参编人员均为活跃在慢光领域的学者，他们对这一令人兴奋和迅速发展的领域做出了重要贡献。本书可作为物理学、电子科学与技术、光电子技术、光学工程、光通信以及其他相关专业高年级本科生和研究生的参考书，同时对从事光通信、非线性光学、集成光学的科研人员来说也是一本非常有价值的读物。

内容简介

　　本书内容分为六部分：第一部分介绍了不同介质（包括原子蒸汽、半导体、光波导、光子晶体波导）中慢光的物理基础；第二部分介绍了周期性光子结构中的慢光；第三部分介绍了光纤中的慢光；第四部分介绍了慢光和非线性现象；第五部分介绍了用来存储光的动态结构；第六部分介绍了慢光的应用。纵览全书，其内容系统全面，理论体系严谨，注重理论与实践的结合。

作者简介

Rodney S. Tucker 墨尔本大学电子电气工程学院荣誉教授，墨尔本大学电子工程系澳大利亚研究委员会超宽带网络研究中心(CUBIN)学术主任，澳大利亚科学院、工程院双院院士，IEEE会士，OSA会士。Tucker教授在昆士兰大学、加州大学伯克利分校、康奈尔大学、贝尔实验室、HP实验室都有任职。他是高速半导体激光领域的顶jian专家，因其在该领域的突出贡献，IEEE激光和电光协会在2007年将Aron Kressel大奖授予了他。

目录

目录




第1章原子蒸气中的慢光/1

1.1引言/1

1.2第一个慢光实验/2

1.3电磁感应透明/3

1.4二能级系统/7

1.5色散管理/9

1.6结束语/11

第2章半导体中的慢光和快光/15

2.1引言/15

2.2基于量子阱中相干布居振荡的慢光/18

2.3基于量子点中相干布居振荡的慢光/23

2.4基于量子点中相干布居振荡的室温工作慢光/27

2.5基于增益区中相干布居振荡和四波混频的快光和慢光/32

2.6基于自旋相干的慢光方案/35

2.7总结/39

第3章光波导中的慢光/44

3.1基于受激散射的慢光/45

3.2相干布居振荡/55

3.3空芯光纤中的电磁感应透明/58

3.4波长变换和色散/62

3.5结论/66



慢光科学与应用






目录



第4章光子晶体波导中的慢光/73

4.1引言/73

4.2光子晶体如何产生慢光/75

4.3线性相互作用的增强/80

4.4腔和慢光波导的比较/81

4.5损耗/87

4.6耦合/89

4.7结论/91

第5章周期耦合谐振器结构/95

5.1引言/95

5.2一般描述/96

5.3驻波谐振器/101

5.4一些实际考虑/107

5.5实验进展/111

5.6结论/115

第6章谐振器慢光：新结构、应用与权衡/122

6.1引言/122

6.2作为延迟线的垂直耦合谐振器光波导/124

6.3谐振器链中的干涉/129

6.4谐振器稳定的振荡器/131

6.5系统中具有离散频谱的慢光/133

第7章无序光慢波结构：什么是慢光的速度/144

7.1引言：紧束缚光波导/144

7.2形式体系/149

7.3解的谱：一般原则/151

7.4耦合矩阵的特殊形式/152

7.5无序模型和ρ(ω)的计算/154

7.6无序结构中慢光的速度/158

7.7场的局域化/163

7.8总结/168

第8章窄带拉曼辅助光纤参量放大器中的慢光和快光传输/179

8.1引言/179

8.2理论模型/181

8.3实验结果/197


第9章用受激布里渊散射实现慢光和快光

——一种高度灵活的方法/209

9.1单色光泵浦/211

9.2调制泵浦/219

9.3多泵浦/224

第10章非线性慢波结构/233

10.1慢波结构的基本原理/234

10.2非线性相位调制/238

10.3自相位调制和色散/241

10.4交叉相位调制/246

10.5非线性频谱响应/249

10.6四波混频/251

10.7调制不稳定性/258

第11章慢光带隙孤子/267

11.1引言/267

11.2背景知识/268

11.3实验/274

11.4讨论和结论/279

第12章慢光介质中的相干控制与非线性波混频/283

12.1引言/283

12.2基于慢光的非线性波混频/293

第13章半导体量子阱和光学微谐振器中的光停止和光存储/308

13.1引言/308

13.2线性光学响应/310

13.3能带结构/317

13.4布拉格间隔多量子阱中的光停止和光存储/323

13.5结论/327

第14章通过耦合谐振器的动态调谐使光停止/331

14.1引言/331

14.2理论/332

14.3实验进展/340

14.4展望和结束语/342

第15章慢光方案中的带宽限制/349

15.1引言/349

15.2原子谐振/351

15.3光子谐振/355

15.4双谐振原子慢光结构/355

15.5双谐振光子慢光结构——级联光栅/358

15.6可调谐双谐振原子慢光结构——电磁感应透明/363

15.7耦合光子谐振器结构/369

15.8非线性光子慢光器件的色散限制/374

15.9结论/378

第16章基于慢光可调谐光延迟线的可重构信号处理/383

16.1引言/383

16.2基于慢光的可调谐延迟线/385

16.3相位保持的慢光/395

16.4信号处理应用/401

16.5总结/408

第17章用于分组交换的慢光缓存器/418

17.1引言/418

17.2分组交换机结构/419

17.3缓存器/421

17.4结论/438

第18章慢光在相控阵雷达波束控制中的应用/442

18.1引言/442

18.2雷达系统背景/445

18.3移相器波束成形中的斜视/447

18.4实时延迟波束成形要求/450

18.5总结/456

中英文术语对照/458

前言/序言

译者序



慢光是指光脉冲在介质中传输的群速度小于真空中的光速。自1999 年哈佛大学的Hau等在《Nature》上发表了将光速减为17 m/s的实验报道以来，慢光研究获得了迅猛发展。一方面，慢光有很多重要应用，如信号延迟、光缓存、数据同步、慢光传感、非线性光学器件等；另一方面，慢光对科学研究有着积极意义，如通过对慢光的研究可以加深人们对光与物质相互作用本质的理解，在慢光过程中所呈现出来的强非线性效应也为非线性光学开辟了新的研究领域。
美国约翰·霍普金斯大学Jacob B. Khurgin教授和澳大利亚墨尔本大学Rodney S. Tucker主编的《Slow Light:Science and Applications》一书，是一本全面介绍慢光的基本原理、潜在应用和发展前沿的著作。其参编人员也均为活跃在慢光领域的权wei学者，他们对这一令人兴奋和迅速发展的领域做出了重要贡献。本书内容分为六部分：第一部分（第1~4章）介绍了不同介质（包括原子蒸气、半导体、光波导、光子晶体波导）中慢光的物理基础；第二部分（第5~7章）介绍了周期性光子结构中的慢光；第三部分（第8~9章）介绍了光纤中的慢光；第四部分（第10~12章）介绍了慢光和非线性现象；第五部分（第13~14章）介绍了用来存储光的动态结构；第六部分（第15~18章）介绍了慢光的应用。纵观全书，其内容系统全面，理论体系严谨，注重理论与实践的结合。本书可作为物理学、电子科学与技术、光电子技术、光学工程、光通信以及其他相关专业高年级本科生和研究生的参考书，同时对从事光通信、非线性光学、集成光学的科研人员来说也是一本非常有价值的读物。


我们特此将它翻译出来介绍给国内读者。翻译工作是由天津大学和南开大学的老师们共同完成的，具体分工如下：天津大学的王肇颖翻译了第1～4章和第16~18章，贾东方翻译了第7章、第10～15章和索引，桑梅翻译了第5章和第6章；南开大学的丁镭翻译了第8章和第9章。全书由贾东方审校统稿。


慢光科学与应用





译者序



慢光作为一种高新技术和前沿技术，将成为未来全光网络中的核心技术。国外众多高校和研究院所在该领域进行了大量研究，但离真正实用还有较长的距离，因此对国内的研究人员来说是机遇与挑战共存。我们希望本书中文版的出版，能起到抛砖引玉的作用，吸引国内更多的研究人员关注这一前沿领域并对此做出自己的贡献。
感谢华中科技大学出版社对翻译工作的大力支持，特别要衷心感谢本书的策划编辑徐晓琦和责任编辑余涛，没有他们的辛勤付出，本书难以顺利出版。
由于译者学识所限，疏漏乃至错误在所难免，恳请广大读者及专家不吝赐教，提出修改意见，我们将不胜感激。




译者

2016年10月

《量子纠缠之谜：从基础理论到前沿实验》 内容简介 本书深入探讨了量子纠缠这一奇异现象的理论基础、实验验证及其在信息科学、计算科学等前沿领域的广阔应用前景。全书结构严谨，逻辑清晰，旨在为物理学研究人员、高等院校师生以及对量子信息技术感兴趣的工程师和技术人员提供一份详尽而权威的参考。 第一部分：纠缠的理论基石 本部分首先从量子力学的基本公设出发，系统回顾了量子态的描述、薛定谔方程的求解方法，并重点介绍了密度矩阵理论在处理开放量子系统时的重要性。在此基础上，本书详细阐述了量子纠缠的数学定义——冯·诺依曼熵（Von Neumann Entropy）和纠缠熵（Entanglement Entropy）。 1.1 量子态与张量积空间： 阐释了复合系统的希尔伯特空间（Hilbert Space）的构建方式，引入了可分离态（Separable States）和纠缠态（Entangled States）的概念界限。通过具体实例，如贝尔态（Bell States）的构建，直观展示了两个或多个子系统之间非定域关联的本质。 1.2 纠缠的量化指标： 深入分析了衡量纠缠程度的多种定量工具。除了熵的度量，还详细讨论了纠缠保真度（Concurrence）、纠缠见证者（Entanglement Witnesses）的设计原则和实验可操作性。特别关注了PPT准则（Positive Partial Transpose Criterion），并讨论了其在识别混合态纠缠时的局限性，引出更高阶的纠缠判定方法。 1.3 纠缠的动力学演化： 研究了纠缠态在环境噪声（如退相干，Decoherence）作用下的动态行为。引入了林布雷德方程（Lindblad Equation）来描述开放系统中量子态的时间演化，并分析了退相干如何导致纠缠的衰减甚至完全消失。本节还探讨了如何通过特定操作（如纠错码或特定脉冲序列）来抵抗退相干，维持纠缠的时长。 第二部分：纠缠的实验验证与生成 理论的有效性必须通过精确的实验来验证。本部分详尽介绍了当前主流的纠缠粒子生成技术和高精度的测量方法。 2.1 单光子源与纠缠光子对的产生： 重点剖析了自发参量下转换（Spontaneous Parametric Down-Conversion, SPDC）和自发四波混频（Spontaneous Four-Wave Mixing, SFWM）两种核心技术。详细讨论了如何通过晶体选择、泵浦光选择来控制产生光子对的频率、偏振和空间模式的纠缠特性，包括时间-频率纠缠和空间纠缠的实验实现。 2.2 物质体系的纠缠： 拓宽了视野，讨论了原子、离子阱、超导电路等物质系统中纠缠的制备。例如，详细描述了利用Rydberg态实现长程原子间纠缠的机制，以及超导量子比特（如Transmon）通过耦合腔实现双量子比特门操作的过程。 2.3 远程纠缠分发与贝尔不等式检验： 集中讨论了纠缠在空间上分离的两个（或多个）局域系统间的传递。详细介绍了贝尔不等式（Bell Inequalities）的数学形式（如CHSH不等式）及其在实验中作为检验量子非定域性的核心工具。重点展示了最新的基于卫星的远距离纠缠分发实验，以及如何克服大气衰减和光纤损耗，实现数千公里量级的纠缠连接。 第三部分：纠缠在量子信息科学中的应用 纠缠作为一种独特的资源，是下一代信息技术的核心驱动力。本部分着重阐述了纠缠在信息传输、计算和计量学中的关键作用。 3.1 量子隐形传态（Quantum Teleportation）： 详细解析了利用贝尔对作为媒介，实现未知量子态从一地安全传输到另一地的完整协议。讨论了实现隐形传态所需的经典通信和本地操作（LO）的精确要求，并分析了在真实噪声环境下，隐形传态效率的限制因素。 3.2 量子密钥分发（Quantum Key Distribution, QKD）： 重点介绍了基于纠缠的QKD协议，特别是E91协议。对比了其与基于单光子偏振态的BB84协议在安全性定义和抵抗特定攻击（如光子数分离攻击）方面的优势。讨论了纠缠源的质量如何直接影响密钥率和安全距离。 3.3 量子计算中的纠缠： 分析了纠缠在通用量子计算中的核心地位。阐述了簇态（Cluster States）的构建及其作为一类“一笔画”型量子计算模型（One-Way Quantum Computation）的基础。探讨了纠缠在实现高效量子算法（如Shor算法或Grover算法）所需的多量子比特逻辑门（如CNOT门）中的作用，以及如何通过纠缠态评估量子计算机的性能（如量子体积）。 3.4 量子计量学： 探讨了纠缠态如何超越标准量子极限（SQL），实现更精确的测量。介绍了压缩态（Squeezed States）和多体纠缠在提高光纤干涉仪（如LIGO）灵敏度、实现高精度时钟同步方面的潜力。 总结与展望 本书最后一部分对当前研究的挑战进行了梳理，包括如何高效地扩展到大规模多体纠缠、如何设计抗噪声的纠缠分发网络，以及如何将纠缠技术从实验室环境推广到实际工程应用。展望了纠缠在量子模拟（模拟复杂物理系统）和量子网络（构建分布式量子计算架构）中的未来发展方向。 本书的特色在于其理论深度与实验广度的有机结合，力求全面展现纠缠这一深刻物理概念在当代科技革命中的关键地位。

评分☆☆☆☆☆

第五段： 《慢光科学与应用》是一本让我受益匪浅的书籍，它不仅拓展了我对光学的认知边界，更让我看到了科学研究的无限可能性。书中对于“慢光”现象的深入剖析，从理论基础到实验验证，再到未来应用前景的展望，都做得十分到位。我尤其对书中介绍的利用“受激拉曼散射”和“电磁诱导透明”等技术来产生慢光的原理感到惊叹。这些精妙的物理机制，仿佛是大自然赋予我们的神奇力量，等待着我们去发掘和利用。书中也探讨了慢光在一些新兴技术领域的应用，例如在量子信息科学中的角色，包括构建量子存储器、量子中继器以及实现高保真度的量子态传输。这让我对量子技术的未来发展充满了期待。此外，书中还对慢光在光学计算、超材料设计以及精密测量等方面的应用潜力进行了探讨，这些内容让我看到了将基础科学研究成果转化为实际应用的可能性。总的来说，这本书不仅仅是一次知识的获取，更是一次思想的激荡，它激励着我去探索更广阔的科学世界，去思考那些尚未被解答的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

第三段： 《慢光科学与应用》给我最大的启发在于，它打破了我对于“速度”的固有认知。一直以来，我们都习惯于将光速视为宇宙的极限，是不可逾越的恒常。然而，这本书却告诉我们，在特定的物理环境中，这种“极限”是可以被“玩弄”的。作者对“慢光”的定义和分类非常细致，从集体激发耦合到原子系综诱导透明，再到光子晶体和超材料的应用，系统地梳理了实现慢光的各种技术路径。我特别着迷于书中关于“光子存储器”的部分。想象一下，如果我们能够将携带信息的“光子”像普通数据一样储存在某个地方，然后在需要时再将其“释放”出来，那将是多么令人难以置信的场景！这对于构建强大的光计算系统，甚至实现更高效的量子通信网络，都将是颠覆性的。书中也探讨了慢光在传感、计量等领域的应用潜力，比如利用光在介质中的延迟来实现高精度的测量。这种对基础科学的深入挖掘，与对实际应用的清晰展望相结合，让这本书读起来既有理论深度，又不失实践意义。它激励我去思考，那些看似不可能的科学幻想，或许就在我们不懈的探索中，一步步成为现实。

评分☆☆☆☆☆

第二段： 这本书的叙事方式非常独特，它不像我以往读过的许多科学书籍那样，一上来就抛出大量枯燥的公式和概念。相反，作者仿佛一位经验丰富的向导，带着读者一步步深入“慢光”的奇幻世界。开头部分，作者巧妙地引用了一些历史故事和哲学思考，为“慢光”的引入营造了一种神秘而引人入胜的氛围。接着，通过一系列生动的类比，比如将光比作奔腾的河流，然后通过引入“堰塞湖”来解释光速减缓的原理，让我这个物理学门外汉也能迅速抓住核心概念。我对书中关于“光学延迟线”的介绍印象尤为深刻。作者详细描述了如何通过特定的材料设计和激光脉冲的巧妙运用，让光信号在介质中“停留”数秒之久。这简直就像是给光装上了“刹车”，其潜在的应用价值不言而喻，尤其是在通信领域，这或许是实现超高速、超低延迟网络传输的关键。书中也提及了一些前沿的研究方向，比如利用慢光效应来增强非线性光学过程，这对于开发新型光子器件、构建量子计算机等方面具有重要的意义。虽然其中一些章节涉及到了较为深入的量子光学理论，但作者的讲解依然清晰易懂，充分考虑到了不同背景读者的接受程度。

评分☆☆☆☆☆

第四段： 这本书的写作风格非常具有吸引力，它不是那种让人读着犯困的学术论文集。作者善于运用生动的语言和引人入胜的案例，将复杂深奥的物理概念讲解得通俗易懂。我尤其欣赏书中对“光子的波粒二象性”与“慢光效应”之间联系的阐述。通过引入量子力学的视角，作者解释了为什么在某些量子相干效应下，光子会表现出“拖沓”的行为。书中关于“量子态的慢速演化”的研究，让我对量子信息处理的未来有了更深的理解。如果能够有效地减缓量子态的演化速度，那么在量子计算过程中，我们就能有更多的时间来执行复杂的操作，从而降低错误的发生概率。书中还提到了利用慢光效应来增强光与物质的相互作用，这对于开发高效的光学开关、调制器以及实现光信号的放大等方面，都提供了重要的理论基础。阅读过程中，我时常被作者的独到见解所折服，他能够从不同的角度审视同一个问题，并且总是能够找到最清晰、最直观的解释方式。这本书不仅仅是知识的传递，更是一种思维方式的启迪。

评分☆☆☆☆☆

第一段： 读完《慢光科学与应用》这本书，感觉像是开启了一扇通往全新物理学领域的大门。在此之前，我对光的认识仅限于它瞬息万变的传播速度，几乎是以无限快的速度穿梭于空间。然而，这本书彻底颠覆了我的认知。作者用严谨而生动的语言，层层剥茧，将“慢光”这一奇妙的概念展现在我面前。我惊讶地发现，在特定的介质和条件下，光速竟然可以被大幅度减缓，甚至接近停滞。这种违背直觉的现象，背后蕴含着深刻的物理原理，从量子纠缠到原子干涉，再到电磁感应的精妙调控，作者都进行了详尽的阐述。书中穿插的实验案例，更是让我对理论的理解跃升到了一个新的高度。那些曾经遥不可及的物理模型，在作者的笔下变得如此清晰可见，仿佛我身临其境地参与了每一次实验的进程，感受着光与物质之间奇妙的互动。特别是关于“光存储”和“光延时”的章节，让我对未来的信息技术发展充满了无限遐想。如果能够真正实现对光的精确控制，那么数据传输、计算能力乃至人工智能的发展，都将迎来一场革命性的飞跃。这本书不仅仅是一本科普读物，更像是一次思想的洗礼，它让我重新审视了我们习以为常的物理世界，激起了我对未知领域探索的强烈欲望。