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全新正版单光子器件及应用9787568076258华中科技大学出版社
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第1章 引言 /1
1.1 单光子源的定义与特征 /1
1.2 类原子系统的单光子产生 /2
1.3 单光子的应用 /6
1.4 单光子的产生历史 /12
1.5 概述 /14
第2章 腔内二能级量子发体的单光子产生 /15
2.1 JGC哈密顿量 /15
2.2 量子发体与辐连续体的耦合 /23
2.3 腔耦合到辐连续体 /26
2.4 通过腔的量子发体衰变 /28
2.5 强和弱耦合方式,珀塞尔效应 /35
2.6 基于二能级量子发体的单光子源 /39
2.7 加载或卸载空腔的单光子相互作用 /40
2.8 无原子存在 /42
第3章 腔内三能级Lambda系统的相干光子发 /47
3.1 相干驱动Λ 系统:背景 /48
3.2 绝热近似 /49
3.3 快速单光子产生/捕获的控制脉冲工程 /51
3.4 非理想系统:捕获/产生效率 /56
3.5 具有数个激发态的Λ 系统 /60
第4章 退相干效应 /62
4.1 引言 /62
4.2 退相干过程对固态单光子源的影响 /63
4.3 T1、T2 与T2? /64
4.4 例:电荷陷阱导致的波动电场 /69
4.5 纯退相二能级系统的光子发 /71
4.6 时间抖动过程 /74
4.7 无辐衰减 /78
4.8 两激发态间的弛豫 /79
4.9 三能级拉曼方案中的纯退相 /82
4.10 声子边带与展宽 /90
第5章 实验技术 /98
5.1 显微荧光装置 /98
5.2 光子相关测量 /103
5.3 测量相干特 /107
第6章 固体中用于单光子产生的类原子系统 /109
6.1 半导体量子点 /109
6.2 金刚石中的氮空位中心 /136
6.3 半导体施主与受主 /159
6.4 总结和对照表 /167
第7章 微腔几何结构的评述 /169
7.1 平面分布布拉格反镜微腔 /170
7.2 柱状微腔 /172
7.3 微盘腔 /174
7.4 光子晶体 /175
第8章 应用 /177
8.1 BB84量子密钥分发 /177
8.2 具有嵌套纯化协议的量子中继器 /182
8.3 量子信息处理 /183
参考文献 /190
YoshihisaYamamoto,美国斯坦福大学应用物理&电气工程系教授,日本国立情报学研究所量子信息科学教授,美国光学协会会士,美国物理学会会士,日本应用物理学会会士。山本教授是量子电动力学的世界*学者,在学术界享有很高的知名度。他2011年荣获日本大川奖,2005年获得日本紫绶带奖章,2000年荣获美国电气和协会(IEEE)/激光和光学学会(LEOS)量子学奖,等等。他带领其团队在半导体纳米体系自旋和激子的量子动力学领域开展了很多前沿的研究工作。目前,他的主要研究方向为量子信息处理系统的物理应用。
光子的特十分奇特,既体现出波动,又具有粒子特通常情况下在光器件中展示的这些特是多个光子的集中体现,即使在能优良的激光器中,发的光子也不可能做到理想的全同,从而造成输出激光谱线的展宽、相干长度的缩短、偏振特的消弱以及相位噪声的产生.唯独当光器件在任意时刻仅发个光子时,光子的优异特才被完美地展示出来,此时的器件称之为单光子器件.单光子器件输出的光子具有很好的量子效应.单光子器件不仅在量子通信加密、量子计算领域有广阔的应用前景,在生物医学成像、精密仪器测量等领域也将发挥极为重要的作用.理想的单光子发器件应能在任意时刻发单个光子,并且发单个光子的概率为1;每个光子在理想量子通道的效率具有统一;每个光子应该无法区分,具有全同作为量子信技术光源的单光子发器,发的光子应满足确定偏振、高纯度、高全同和效率这四个严苛的条件.因此,在实际中要获得满足上述苛刻条件的单光子器件,几乎是难以实现的.尽管国际上众多学者已报道在单光子源方面取得了重大的研究成果,但是目前在实验室中被大量使用的仍然是准单光子源.本书的作者CharlesSantori、DavidFattal和YoshihisaYamamoto分别是美国HewlettGPackard实验室的资深研究员和斯坦福大学的著名教授,他们均具有深厚的理论基础和丰富的光器件制备经验.原著内容丰富,论述言简意赅,由浅入深,主要聚焦尺寸小、工作稳定且可大范围集成的固态单光子源的基本原理、实验技术和潜在的应用.第1章通过引入表征单光子源的重要参数,阐明了单光子源与标准光源的不同之处,综述了60年的单光子产生历史.第2章描述了基于放置在腔内的二能级量子发体的自发辐的*简单的单光子产生技术,介绍了偶极和旋波近似下量子发体与杂散辐连续体耦合的理论模型,并指出单光子波形、外耦合输出效率以及相对相移可表征单光子器件的能第3章描述了基于ΛG型结构的三能级原子中的相干拉曼散按需产生单光子的可选方案,并分析了自发辐的不利效应、激发态的退相干以及多激发态对拉曼跃迁的影响.第4章针对自发辐过程或拉曼跃迁介绍了各种退相干过程对光子发特的影响.第5章简要地回顾了用于表征固态单光子源的实验技术.第6章详细描述了在光频产生单光子的InAs量子点、金刚石中的氮空位缺陷中心以及GaAs和ZnSe的浅层杂质三个固态类原子系统,及其作为基于自旋的量子信息处理系统.第7章介绍了一种极其重要的光学微腔高能单光子源.第8章阐述了单光子源的潜在应用.本书为学习单光子源的基本理论、实验技术以及潜在的应用提供了重要的资料,也可作为相关专业的高年级生、、科研和工程技术人员深入了解单光子器件及应用的参考书.
本书作者分别是美国HewlettGPackard实验室的资深研究员和斯坦福大学的有名教授,他们均具有深厚的理论基础和丰富的光器件制备经验。
过去的十年中,在许多物理系统中实现了所需的单光子产生,包括中原子、离子、分子、半导体量子点、固体中的杂质与缺陷和超导体电路。单光子的产生与探测的动机是双重的:基础科学和应用科学。一方面,单光子在量子力学的实验基础与测试理论中扮演着核心的角色。另一方面,为了实现量子密钥分发、量子中继器和量子信息处理,有效且高质量的单光子源是必不可少的。本书描述了固态实现单光子源的基本原理、实验技术和潜在的应用.相比于原子与离子的捕获,固态实现单光子源具有小尺寸、稳定工作和大范围集成等特点。
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