超快量子光電子學(xué)

超快量子光電子學(xué)第一頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日改變世界的光子學(xué)信息光子學(xué)改變了人們的通訊、交流與生活方式:光纖是互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹靶畔⒏咚俟贰?；激光是信息的“載體”。知識(shí)經(jīng)濟(jì)的標(biāo)志：信息科技的發(fā)展信息科學(xué)的發(fā)展標(biāo)志：光子信號(hào)替代電子信號(hào)處理

激光的出現(xiàn)改變了工業(yè)加工方法；改變了現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)方式；改變了科學(xué)研究方法；改變了醫(yī)學(xué)診斷治療方法；改變了世界的許多方方面面。

第二頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日世界面臨的重大科技問(wèn)題期待著在光子學(xué)方面找到出路：1能源問(wèn)題：光能是最古老、最有效、最安全的能源方。地球上的一切能源均直接或間接地來(lái)自于太陽(yáng)能

----------問(wèn)題：光子能量的存儲(chǔ)、控制與利用2農(nóng)業(yè)問(wèn)題：水稻與植物的光合作用過(guò)程

------------光合作用，我們到底知道多少？3信息問(wèn)題：信息的傳輸、處理與利用，光子計(jì)算機(jī)

------------信息容量極限？需要全光光子器件嗎？4健康問(wèn)題：從診斷到治療的革命

------------光子成像，激光治療，美容校正，….5軍事問(wèn)題：搶占軍事制高點(diǎn)：

-----------激光制導(dǎo)、激光攔截、激光致盲、激光武器6科學(xué)問(wèn)題：

-----------激光核聚變，極端條件下的物理狀態(tài)…..第三頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日引言篇超快量子光學(xué)導(dǎo)論第四頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日基本科學(xué)問(wèn)題：1光子能存儲(chǔ)嗎？光子能靜止嗎？光子能穿透墻壁嗎？原子的自發(fā)輻射壽命可以控制嗎？未來(lái)的量子通訊可能嗎？新一代光子物理與技術(shù)如何解決“硬件”問(wèn)題？“光合作用”的基本物理化學(xué)過(guò)程是什麼？“視覺(jué)過(guò)程”是如何工作的？光可以控制化學(xué)反應(yīng)的方向與化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物嗎？

…….解決方法：利用光子的相干特性第五頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日超快量子光子學(xué)的研究?jī)?nèi)容光子學(xué)：研究光子行為量子光子學(xué)：研究光子與量子力學(xué)體系相互作用的行為超快量子光子學(xué)：研究超短激光脈沖與物質(zhì)相互作用的行為涉及海量與高速信息光子學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)知識(shí)，是科技發(fā)展的前沿與主流（Nature,Science等雜志光子學(xué)論文占相當(dāng)比重）第六頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日什么是相干？定義：相干是指體系的各個(gè)子集之間存在著邏輯，有序或美學(xué)間的關(guān)聯(lián)。相干態(tài)：物理學(xué)上的相干態(tài)是指體系的各個(gè)部分在相位上存在的某種關(guān)聯(lián)。如相干光場(chǎng)——激光相干物質(zhì)波——玻色—愛(ài)恩斯坦凝聚相干波包——化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)

…………第七頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日社會(huì)科學(xué)中的相干性:相干性是社會(huì)變遷的動(dòng)力,是革命的基本方法造反者利用社會(huì)相干性發(fā)動(dòng)群眾當(dāng)權(quán)者淡化相干,影響相干,極化(POLARIZE)相干股票市場(chǎng)上的心理效應(yīng)導(dǎo)致股市的起伏神經(jīng)病是大腦神經(jīng)單元的部分相干取向所致高速公路上行駛的汽車(chē)也有相干特性大雁飛行也是相干的多米諾骨牌:相干效應(yīng)感覺(jué)爽古代諺語(yǔ)：“人心齊，泰山移”?！?.第八頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日

自然科學(xué)中的相干性：愛(ài)因斯坦的受激吸收與受激輻射概念的提出：激光理論基礎(chǔ)核磁共振全息照相激光器的出現(xiàn)非線性光學(xué)與非線性光譜學(xué)霍爾效應(yīng)與分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)激光的原子冷卻飛秒相干光化學(xué)玻色-愛(ài)因斯坦凝聚高溫超導(dǎo)——超導(dǎo)機(jī)理研究？光合作用——能量與電子的傳輸機(jī)理？……………..第九頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日相干性的數(shù)學(xué)描述:

相干性是一個(gè)統(tǒng)計(jì)平均現(xiàn)象,需要對(duì)所研究的體系作統(tǒng)計(jì)平均:

量子力學(xué)力學(xué)量電偶極子的統(tǒng)計(jì)平均值上式既可以對(duì)時(shí)間平均，也可以對(duì)多個(gè)測(cè)量對(duì)象取平均。取值大小取決于波函數(shù)的相位相干性第十頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日CoherenceinPhotonicWorldcoherenceinphotonicworldcoherenceinphotonicwworld第十一頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日相干性特征相干態(tài)既可以是相干光場(chǎng)（相干場(chǎng)），也可以是相干物質(zhì)波（相干態(tài)）相干光場(chǎng)與相干態(tài)可以相互作用與相互轉(zhuǎn)換。如相干光場(chǎng)可以轉(zhuǎn)換為物質(zhì)體系的極化激元，極化激元也可以轉(zhuǎn)換為光子輻射極化激元可以隨光場(chǎng)傳輸，也可以在材料中長(zhǎng)時(shí)間停留，導(dǎo)致光子能量的局域化與光能存儲(chǔ)量子光子信息的基本原理就是利用光子信息與物質(zhì)體系極化子間的相互轉(zhuǎn)換與控制。量子光子器件也稱(chēng)為未來(lái)超高速、寬帶信息光子學(xué)的“硬件”。第十二頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日相干態(tài)的產(chǎn)生方法：用外場(chǎng)誘導(dǎo)體系，使系統(tǒng)處于相干態(tài)。產(chǎn)生相干態(tài)的最有效方法1用受激誘導(dǎo)輻射制備“激光”2用超短巨脈沖激發(fā)物質(zhì)體系

3使系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間處于受迫態(tài)

4定期、定點(diǎn)激發(fā)物質(zhì)體系（激光鎖模）5制造理想的物質(zhì)體系（自然界的多米諾骨牌）第十三頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日關(guān)于相干態(tài)產(chǎn)生方法的若干說(shuō)明：1相干態(tài)起源于產(chǎn)生于兩個(gè)或兩個(gè)以上能級(jí)的粒子波函數(shù)間的躍遷；2處于定態(tài)的原子波函數(shù)沒(méi)有相干態(tài)；3相干態(tài)以原子的躍遷頻率快速振蕩；4相干態(tài)本身可隨激發(fā)場(chǎng)的振幅變化而變化；5相干態(tài)對(duì)應(yīng)于原子系綜，是統(tǒng)計(jì)平均行為；6在激發(fā)場(chǎng)撤離后，相干態(tài)仍然可以延續(xù)，延續(xù)時(shí)間由相干態(tài)的壽命決定，這一壽命不同于原子在上能級(jí)的停留時(shí)間；7相同與不同頻率的相干態(tài)之間可以產(chǎn)生干涉，相干態(tài)也可以向外輻射，產(chǎn)生相干輻射。第十四頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日相干時(shí)間有多長(zhǎng)？取決于所研究的現(xiàn)象：社會(huì)現(xiàn)象的相干性可以延續(xù)若干年原子團(tuán)簇的相干性：波色－愛(ài)因斯坦凝聚：秒的量級(jí)原子自旋的相干性：核磁共振，毫秒量級(jí)電子躍遷的相干性：稀薄氣體：微秒－納秒量級(jí)凝聚態(tài)介質(zhì)：內(nèi)層電子間的躍遷：納秒－皮秒量級(jí)外層電子間的躍遷：皮秒－飛秒量級(jí)內(nèi)殼層－電離層間的躍遷：飛秒－阿秒量級(jí)第十五頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日

相干態(tài)的測(cè)量方法直接測(cè)量相干態(tài)的相干輻射采用相關(guān)測(cè)量法相干態(tài)說(shuō)明：直接測(cè)量法不能測(cè)量相干態(tài)的快變成分相關(guān)測(cè)量法可用于振幅與相位的測(cè)量

第十六頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日量子光學(xué)中的相干態(tài)應(yīng)用舉例自感應(yīng)透明：光子可以透過(guò)吸收體電磁誘導(dǎo)透明：光子可以減速，光子可以靜止（以極化子的能量形式）量子干涉：化學(xué)反應(yīng)方向可以控制原子減速與原子凝聚：構(gòu)成新的物質(zhì)態(tài)超快量子光子器件：“硬件”有史無(wú)前例的響應(yīng)速度量子通訊與量子計(jì)算：明日的信息科技邁向利用與開(kāi)發(fā)“光合作用”“視覺(jué)過(guò)程”等高速、高效自然界過(guò)程的新臺(tái)階第十七頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日相干態(tài)應(yīng)用舉例：量子光子管研究光子管應(yīng)用基礎(chǔ)：低工作閾值；低功率損耗；器件可集成；足夠的弱光放大系數(shù)；超快相應(yīng)速度第十八頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日使用主動(dòng)型光子晶體的量子效應(yīng)有望解決量子光子管的若干重要問(wèn)題：1低閾值：毫瓦級(jí)的平均功率2超快速相應(yīng)速度：1－2皮秒3可以集成：體積僅為幾個(gè)微米4關(guān)鍵問(wèn)題：增益從何而來(lái)？第十九頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日本