準相位匹配技術及其應用 9787512353947 中國電力齣版社 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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劉濤 著

圖書標籤:

• 準相位匹配
• 非綫性光學
• 光子技術
• 光學工程
• 激光技術
• 材料科學
• 電磁場理論
• 中國電力齣版社
• 9787512353947
• 應用研究

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齣版社： 中國電力齣版社

ISBN：9787512353947

商品編碼：29336210237

包裝：平裝

齣版時間：2013-11-01

基本信息

書名：準相位匹配技術及其應用

定價：20.00元

作者：劉濤

齣版社：中國電力齣版社

齣版日期：2013-11-01

ISBN：9787512353947

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版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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準相位匹配（QPM）技術是一種通過對光學晶體非綫性極化率進行周期性調製來補償由於摺射率色散所造成的光波之間相位失配的技術，具有非綫性轉換效率高、可利用晶體的通光範圍、非綫性作用響應時間極短（飛秒量級）、對光信號的速率和調製格式完全透明等優點，因此在全光波長轉換、光開關、光學參量放大過程、太赫茲波等諸多領域都有著重要的應用價值。針對準相位匹配技術及其應用這一課題，《準相位匹配技術及其應用》通過理論和數值的分析方法，對利用準相位匹配晶體（PPLN）實現光學參量放大和全光波長轉換進行瞭深入的研究。

內容提要

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準相位匹配技術在光縴通信、非綫性光學和固體激光器等領域都有著重要的應用。劉濤編著的《準相位匹配技術及其應用》闡述瞭利用準相位匹配技術實現光學參量放大和全光波長轉換的一些研究成果，主要內容包括準相位匹配技術的基本原理、基於準相位匹配技術的光學參量放大和全光波長轉換的研究進展、非共綫光學參量放大器的調諧帶寬、非共綫光學參量放大器的光譜帶寬和參量增益、基於分段結構周期極化鈮酸鋰晶體的全光波長轉換器。
　　《準相位匹配技術及其應用》可作為普通高等院校通信與信息係統、光學工程等相關專業的教學用書，還可作為光縴通信、非綫性光學、光學材料、激光器等領域從事非綫性光學工作的研究人員和工程技術人員的參考用書。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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量子糾纏光源的製備與應用 引言 在量子信息科學飛速發展的今天，高效、高質量的量子糾纏光源是實現量子計算、量子通信、量子精密測量等前沿應用的關鍵基石。量子糾纏，作為量子力學最奇特的現象之一，能夠將兩個或多個粒子在空間上分離，但它們的量子態卻緊密關聯，相互影響。這種“幽靈般的超距作用”為信息處理和傳輸帶來瞭革命性的可能性。本文將深入探討量子糾纏光源的製備技術、關鍵參數以及在各個領域的應用前景，旨在為相關領域的研究人員和技術開發者提供全麵的參考。 一、 量子糾纏光源的製備技術 量子糾纏光源的製備是實現量子技術的基礎。目前，主要的製備方法可以歸納為以下幾類： 1. 自發參量下轉換（Spontaneous Parametric Down-Conversion, SPDC） SPDC是一種利用非綫性光學晶體（如BBO、PPLN等）將一個高能量的光子（泵浦光）分裂成兩個低能量的光子（信號光和閑置光）的過程。這兩個下轉換産生的光子在動量、能量、偏振等方麵都存在著高度的關聯，從而實現量子糾纏。 過程原理： 在非綫性晶體中，通過泵浦光的光學非綫性效應，會産生具有特定能量和動量守恒關係的兩個新光子。通過精心設計晶體的光學參量以及泵浦光的波長、偏振等，可以控製生成光子的糾纏特性。 實現糾纏的類型： 偏振糾纏： 這是最常見也是最易於製備的糾纏形式。通過選擇適當的非綫性晶體和泵浦光偏振，可以生成貝爾態（Bell states），例如 $| Phi^+ angle = frac{1}{sqrt{2}}(|HH angle + |VV angle)$ 和 $| Psi^+ angle = frac{1}{sqrt{2}}(|HV angle + |VH angle)$。其中，H代錶水平偏振，V代錶垂直偏振。 動量糾纏： 兩個糾纏光子在動量上存在關聯，這對於實現空間分離的糾纏態具有重要意義。 能量-時間糾纏： 兩個糾纏光子的産生時間或能量存在關聯。 路徑糾纏： 通過集成光學器件，可以將糾纏的光子引導到不同的光子通道。 技術挑戰與優化： SPDC過程的效率是製約糾纏光源應用的關鍵因素。為瞭提高糾纏光子的産生效率和糾纏度，研究人員不斷探索新型非綫性材料、優化晶體結構（如準相位匹配光柵）、改進泵浦光耦閤技術，以及采用高功率、低噪聲的泵浦激光器。同時，如何有效地收集和傳輸糾纏光子，減少損耗，也是重要的研究方嚮。 2. 四波混頻（Four-Wave Mixing, FWM） FWM是一種在非綫性介質（如光縴、原子氣體等）中，通過兩個或三個入射光子相互作用，産生兩個新光子的過程。當通過特定的泵浦光配置和介質的非綫性特性，可以實現光子的糾纏。 過程原理： 在非綫性介質中，泵浦光與介質相互作用，産生一對新的光子，這兩個光子在動量和能量上守恒，並且由於量子關聯而錶現齣糾纏態。 實現糾纏的類型： FWM可以實現偏振糾纏、壓縮態糾纏等。 優勢與挑戰： FWM在光縴中的實現具有與光通信係統兼容的優點，且易於集成。然而，FWM的效率通常低於SPDC，且容易受到噪聲的影響。提高FWM的糾纏質量和效率是當前的研究重點。 3. 量子點（Quantum Dots, QDs） 量子點是尺寸在納米級彆的半導體微晶體，由於量子限製效應，其光學性質與宏觀半導體材料有顯著差異。通過精確控製量子點的尺寸和組分，可以調控其能級結構，從而實現單光子的發射和光子糾纏的産生。 過程原理： 通過激發電激發量子點的電子-空穴對，然後復閤發射光子。通過特定的激發電方式（如共振激發電），可以産生單光子。通過在兩個相鄰的量子點上施加控製，可以實現它們之間光子的糾纏。 優勢與挑戰： 量子點具有可調諧的發光波長、窄的發光譜綫以及高的單光子純度，是構建高效單光子源和糾纏光源的有力候選者。然而，量子點的製備工藝、純度以及其與外部光子係統的耦閤效率仍需進一步提高。 4. 集成光學芯片 將量子糾纏光源的製備組件（如非綫性材料、波導、耦閤器等）集成到單芯片上，是實現小型化、便攜化和可擴展量子光源的重要途徑。 技術發展： 利用矽光子、氮化矽等技術，可以在芯片上構建齣復雜的集成光學器件，實現SPDC、FWM等過程，並完成對糾纏光子的操控和探測。 優勢與挑戰： 集成光學芯片能夠顯著降低係統的體積和成本，提高係統的穩定性和可重復性。然而，在芯片上實現高效率、高品質的糾纏光源仍麵臨一些技術挑戰，例如材料的非綫性係數、器件的損耗以及光子的高效耦閤等。 二、 量子糾纏光源的關鍵參數 評價量子糾纏光源的優劣，需要關注一係列關鍵參數： 1. 糾纏度（Entanglement Degree） 衡量兩個粒子量子態糾纏程度的指標。常用的度量方法包括糾纏熵、貝爾不等式檢驗違背程度等。高糾纏度意味著更強的量子關聯，對於量子信息的傳遞和處理至關重要。 2. 糾纏純度（Entanglement Purity） 描述一個量子態與理想純糾纏態的接近程度。在實際製備過程中，由於環境噪聲和技術限製，産生的糾纏態往往是混閤態，糾纏純度越高，越接近理想的純糾纏態。 3. 糾纏光源的亮度（Brightness） 指單位時間內産生糾纏光子對的速率。高亮度對於實現高速、大規模的量子信息處理應用至關重要，能夠縮短實驗時間，提高信息處理的效率。 4. 單光子純度（Single-Photon Purity） 指光源發齣的光子是單光子的概率。高單光子純度是實現量子密鑰分發、量子隱形傳態等應用的基礎，可以避免多光子效應帶來的信息泄露和錯誤。 5. 單光子符閤度（Single-Photon Indistinguishability） 指兩個或多個在不同時間、不同地點産生的光子在所有可觀測的自由度（如頻率、模式、偏振等）上完全相同。高符閤度的單光子是實現量子乾涉和量子計算的關鍵。 6. 糾纏光子的空間模式和光譜特性 糾纏光子的空間分布和光譜寬度也會影響其在不同應用中的傳輸和耦閤效率。例如，單模光縴兼容的光子對於長距離量子通信尤為重要。 三、 量子糾纏光源在各個領域的應用 量子糾纏光源的獨特性能使其在眾多前沿科技領域展現齣巨大的應用潛力： 1. 量子通信 量子密鑰分發（Quantum Key Distribution, QKD）： 利用糾纏光子對的關聯性，可以生成絕對安全的密鑰。即使竊聽者試圖測量糾纏光子，也會破壞其糾纏態，從而被通信雙方察覺。高亮度的糾纏光源能夠支持更遠距離、更高速率的QKD。 量子隱形傳態（Quantum Teleportation）： 利用糾纏態作為經典信道，可以將一個未知的量子態從一個位置傳遞到另一個位置，而無需物理上傳遞該量子態本身。糾纏光源的質量直接決定瞭隱形傳態的保真度。 多用戶量子網絡： 建立基於糾纏的光量子網絡，實現多個用戶之間的安全通信和信息共享，這是未來量子互聯網的基礎。 2. 量子計算 量子計算機原型： 糾纏光源是實現某些量子計算模型（如測量型量子計算，MBQC）的重要資源。通過操縱和測量糾纏態，可以實現復雜的量子算法。 量子糾纏處理器： 構建能夠産生、存儲和操縱大量糾纏光子的量子糾纏處理器，是實現通用量子計算的關鍵。 3. 量子精密測量 量子計量學： 利用量子糾纏態，可以突破經典測量的精度極限，實現更高精度的長度、時間、磁場等測量。例如，基於糾纏光子的乾涉儀，可以達到優於標準量子極限的測量精度。 量子成像： 糾纏光子可以用於實現“鬼成像”等新型成像技術，可以在弱光條件下獲得高分辨率的圖像，甚至穿透障礙物成像。 4. 基礎科學研究 檢驗量子力學基本原理： 糾纏光源是進行貝爾不等式檢驗等實驗的必備工具，可以幫助我們更深入地理解量子力學的奇特性質。 多體物理研究： 利用糾纏光源研究量子多體係統的行為，探索新奇的量子相和量子相變。 四、 未來展望 隨著科技的不斷進步，量子糾纏光源的製備技術正朝著更高亮度、更高純度、更易於集成的方嚮發展。新型非綫性材料的研發、量子點技術的成熟、以及集成光學芯片的快速發展，都為實現高效、實用的量子糾纏光源提供瞭堅實的基礎。 未來，我們有理由期待： 便攜式、芯片級糾纏光源： 能夠集成到小型設備中，廣泛應用於通信、傳感等領域。 按需産生（On-demand）的糾纏光源： 能夠根據需要精確控製糾纏光子的産生時間，極大提高量子信息處理的效率。 多自由度糾纏光源： 能夠同時在偏振、頻率、空間模式等多個自由度上産生糾纏，為更復雜的量子信息任務提供強大的支持。 與現有基礎設施的兼容性： 能夠與光縴通信網絡、半導體技術等現有技術無縫集成，加速量子技術的産業化進程。 結論 量子糾纏光源的製備與應用是當前量子信息科學中最活躍的研究領域之一。本文對SPDC、FWM、量子點等主要的製備技術進行瞭詳細闡述，並分析瞭評價糾纏光源的關鍵參數。同時，重點介紹瞭量子糾纏光源在量子通信、量子計算、量子精密測量等領域的廣泛應用前景。隨著技術的不斷突破，高效、高質量的量子糾纏光源必將成為推動人類邁嚮量子時代的關鍵驅動力。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本書後，我立刻被它所蘊含的深厚研究底蘊所震撼。它絕非那種泛泛而談、蜻蜓點水的科普讀物，而是透著一股紮實的工程實踐味道。從那些詳盡的實驗參數設定，到對不同模型誤差的細緻分析，處處都流露齣作者在實際工作中摸爬滾打積纍下來的寶貴經驗。特彆是針對特定應用場景下的優化策略，描述得極其細緻入微，幾乎是手把手地教你如何在真實世界中應對那些“不理想”的邊界條件。我發現，很多我在其他資料中看到的理論，在這本書裏得到瞭更深層次的、與實際操作緊密結閤的闡釋，這對於需要將理論轉化為生産力的工程師來說，簡直是如獲至寶。這本書的價值不在於它告訴你“是什麼”，更在於它告訴你“如何纔能做到最好”，這種解決問題的導嚮性，是它區彆於同類書籍的最大亮點。

評分☆☆☆☆☆

這本書的行文風格非常獨特，它在保持高度的學術嚴謹性的同時，竟然還透齣一種近乎文學性的娓娓道來。作者似乎深知技術文檔的枯燥性，因此在關鍵的理論推導間隙，會穿插一些對於該技術發展曆程的簡短迴顧或者對其未來潛力的前瞻性思考。這種“軟”和“硬”的結閤，讓閱讀過程變得張弛有度，不至於一直處於高強度的邏輯緊張狀態。例如，在介紹某項關鍵技術的誕生背景時，作者沒有直接跳入數學證明，而是先描繪瞭當時行業麵臨的睏境，使得讀者對這項技術的齣現産生一種曆史必然感和強烈的求知欲。這種敘事上的節奏感把握得相當精準，使得原本可能晦澀難懂的部分，也變得生動起來，讓我能夠更持久地保持閱讀的興趣和專注度。

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容編排邏輯簡直是一場視覺上的盛宴，它不是那種乾巴巴的教科書堆砌，而是充滿瞭引導性的敘事結構。我特彆欣賞作者在章節過渡時所采用的類比和實例，這些巧妙的“拐杖”幫助我這樣一個並非科班齣身的讀者，也能相對順暢地跟上技術深度的挖掘。比如，在闡述某個核心算法的迭代過程時，作者沒有直接給齣最終公式，而是先用瞭一個日常生活中非常貼切的例子來形象化地描述問題的本質，這種教學方法極大地降低瞭初學者的心理門檻。此外，書中大量的插圖和示意圖，其設計思路也體現瞭匠心，它們不是簡單的圖解，而是融入瞭動態思考過程的靜態展示，使得抽象的物理過程變得可視化、可觸摸。閱讀過程中，我感覺自己不是在被動接收知識，而是在作者的引導下，一步步主動探索這個復雜領域的奧秘，這種沉浸感是很多技術書籍難以企及的。

評分☆☆☆☆☆

讓我印象最深刻的是本書在引文和參考文獻部分所展現齣的極高標準。通常技術書籍的參考文獻可能隻是簡單羅列，但這本書不同，它似乎更注重為你構建一個知識網絡。許多重要的理論或公式後，除瞭標準的引用標注外，作者還用極其精煉的文字對引文的貢獻點進行瞭一筆帶過的小點評，這對於想要深入挖掘某個子領域的讀者來說，提供瞭極大的便利，相當於附帶瞭一份“專傢推薦閱讀清單”。這種對知識體係負責任的態度，讓我對全書內容的可靠性深信不疑。而且，書中對一些前沿概念的討論，絲毫沒有停留在當前的研究現狀，而是大膽地提齣瞭幾個值得未來研究者關注的方嚮，這種前瞻性的視野，使得這本書不僅是記錄過去的成就，更是指引未來的燈塔。讀完之後，我感覺自己仿佛站在瞭一個更高、更廣闊的視角上審視這個領域。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計確實很吸引人，封麵采用瞭一種沉穩的藍色調，配閤著燙金的標題字體，透著一股嚴謹和專業的氣息。翻開內頁，紙張質感相當不錯，墨跡清晰，排版布局也十分考究，這對於一本技術類書籍來說至關重要，長時間閱讀也不會感到眼睛疲勞。尤其是那些復雜的公式和圖錶，印刷得極其精細，每一個細節都處理得恰到好處，讓人在閱讀過程中能夠更專注於理解核心內容，而不是被模糊的圖像所睏擾。書中對關鍵概念的解釋部分，作者似乎非常注重邏輯的連貫性，從基礎原理的引入到高級應用的過渡，每一步都鋪墊得非常紮實，沒有那種突兀地拋齣復雜理論的感覺，這點深得我心。閱讀體驗上，這種注重細節的製作工藝，無疑是為高質量的學術內容提供瞭極佳的載體。