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量子光学

华南师范大学光及电磁波研究中心/研究方向2011-10-28 16:03:00来源:华南师范大学评论:0点击:收藏本文

背景

  量子电动力学(QED)是迄今为止人们理解电磁相互作用的最为完全和正确的理论,而量子光学(Quantum Optics)则是侧重于光波段的量子电动力学。因而,量子光学是迄今为止人们理解光的传播及光与物质相互作用的最为完全和正确的理论。

  随着社会的信息化和产品的智能化,光电子器件和芯片的进一步小型化和高集成度化已是必然趋势。微纳光集成将成为实现超高集成度、超小尺寸、多功能集成光电子器件的核心技术。到了纳米层次,量子效应已充分展现出来而无可回避,经典电磁及光学理论已不足以正确描述和指导纳米集成制造中的光电子技术,而必须依靠量子电动力学尤其是量子光学的指导。对于从事自然科学研究和光电子技术领域的工作的人员来说,量子光学在不久的将来将成为类似于过去“普通物理”的角色,即,量子光学将不再被认为是只有高级专业研究人员才需要了解的“高深理论”,而是光电领域的一般研究人员必须掌握和高级技术人员必须了解的“基础知识”。除了微纳光集成这一已走向实际应用的领域,还有一些虽尚处于实验室研究阶段但对未来的技术可能有革命性突破的热门研究(如,量子通信和量子计算)领域,也是和量子光学密切相关,或者说,需要量子光学的基础的。量子光学将越来越普遍地成为物理和光电专业的研究生的必修课甚至本科生的选修课,已是可预期的。

  从相关实验发现上来说,量子光学肇始于1905年Albert Einstein提出光量子的概念而成功解释光电效应现象。从理论奠基上来说,量子光学创生于1927年Paul Dirac创立关于自由空间中的电磁场的量子化的理论。量子光学的应用十分广泛,而且到现在越来越广泛、越来越重要。这点从已颁发的量子光学领域的诺贝尔物理学奖的年份的频度也可以看出来:

  • 1921年诺贝尔物理学奖:Albert Einstein,光电效应。光量子概念的提出。

  • 1964年诺贝尔物理学奖:Charles H. Townes, Nicolay G. Basov, Aleksandr M. Prokhorov,激光器的发明。

  • 1997年诺贝尔物理学奖:Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudji, William D. Phillips,原子的激光冷却与捕获。

  • 2001年诺贝尔物理学奖:Eric A. Cornell, Wolfgang Ketterle, Carl E. Wieman,实现玻色—爱因斯坦凝聚态。

  • 2005年诺贝尔物理学奖:Roy J. Glauber, John L. Hall, Theodor W. Hänsch,光学量子相干态和光谱学。

量子光学的理论已接近“完善”,但仍有一些重要的理论问题还没有解决或者说没有被弄懂。有的问题是带根本性的,如人们尚未找到正确计算一般非均匀介质中的Casimir力的方法。这样的问题不解决,使人可能怀疑量子电动力学的完整正确性。还有一些因计算复杂度太大而无法研究清楚的问题。这些带根本性或具挑战性的问题需要人们去解决,而这样的问题的解决,将完善量子光学的理论甚至引发革命性的新技术。

 

研究方向

本课题组主要从事量子光学及相关的人工超颖介质(Metamatrials)方面的研究,具体包括:

1. Casimir效应的理论模型和数值仿真的研究。“Casimir效应”泛指与“Casimir力”(一种源于电磁场的量子真空起伏的力)相关的各种现象; 

 

2. Metamatrials在完美清晰成像(perfect imaging)及Casimir效应中的应用; 

 

3. 分子晶体中激子(exciton)与声子(phonon)相互作用的极化子(polaron)在高效能量传输中的作用。

 

标签:#量子 #光学