物理系量子光学研究生课程简介

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光学第十一章 - 量子光学和非线性光学简介

n
n
1）若系统处在

O 的本征态 ψn , 则对O测量的结果一定为 λn 。
2）若系统所处的态不是

O
的本征态，则对O测量将使系统
跃迁到

O
的某一本征态
ψk
,其测量结果为本征值
λk，
测量得到 λk 的几率为 |ak| 2。
薛定谔“猫态”
|>=|>+|- >
“薛定谔猫”是关于量子理论的一个思想实验。设想在一个封闭的盒子里，有一只活猫和一小瓶毒药。毒药瓶子上
结论： a|n>, |n>, a+|n>是H的本征态
(En- ħ), En, (En+ħ)是H的本征能量 |n-1>, |n>, |n-1>是H的本征态
本征能量的上下界
n次重复Ha|n> 后 Ha|0> =(E0- ħ)|0> 物理上, (E0- ħ)<E0 不合理 a|0>=0
基态本征能量：H0＝(1/2) ħ, 又叫零点能
jj
)
pˆ 2 1 2qˆ 2
2m 2
a jei jt a j ei jt
1
2m jh j
(mj jq j
ip j )
1
2m jh j
(mj jq j
ip j )
a：湮灭算符 a＋：产生算符
并且
[
a
j
,
a
j'
]

jj
'
[a j , a j' ] 0
of 200, 1000, and 500000 frames.

《量子力学》课程

《量子力学》课程
《量子力学》课程是一门研究微观粒子行为的物理学课程。

它涵盖了量子力学的基本概念、原理和计算方法。

该课程的主要目标是让学生了解量子力学的基本原理和应用，包括:
波粒二象性: 学生将学习到光和物质的波粒二象性，并了解如何解释这些现象.
不确定性原理: 学生将学习到不确定性原理，并了解它对物理学的影响.
薛定谔方程: 学生将学习到薛定谔方程及其应用，并了解如何求解偏微分方程.
量子态与量子测量: 学生将学习到量子态的概念以及如何描述和计算它们，并了解量子测量的原理和应用.
原子和分子的量子力学: 学生将学习到原子和分子的量子力学模型，并了解这些模型的应用.
总之，《量子力学》课程是一门非常重要的物理学课程，它为学生深入了解微观世界提供了必要的理论基础和实践技能。

【课程思政优秀案例】《现代光学》课程

一、课程简介本课程原名《量子光学》，作为光学方向的专业核心课，在物理学院的研究生教学当中长期占有重要的位置。

本课程以量子光学为核心，学习与研讨光场与原子相互作用系统理论，掌握辐射场量子化、相干光场、压缩光量子统计、光子计数实验的基本原理和物理图景，深刻理解辐射场与原子相互作用的基本模型、熟练运用其数学处理方法，以及学会分析受激吸收、受激辐射和自发辐射的物理过程。

二、课程思政教学设计坚持“专业知识传授和思想教育相融合”理念，深入挖掘学科领域中科技报国真实案例等思想政治教育资源，通过课上老师引领+课下线上交流辅助的教学设计，促进学生在系统学习和掌握课程内容、提高解决光与物质相互作用问题的方法和研究能力的基础上，树立家国情怀、报国之志。

三、课程思政教学示例示例一：结合中华文明智慧，增强学生民族认同感在介绍光通信的发展历史时，引入商周时期烽火戏诸侯、战国时期诸侯争霸等历史典故，介绍了烽火台这一古老的光通信形式，使得学生对古人的智慧及中华文明在人类文明史上的地位有更加具体的认识，从而潜移默化地增强学生的民族认同感和自豪感。

中国古老的烽火台示例二：弘扬领域先进人物精神，鼓励学生勇于实践创新在介绍光通信的信道媒介时，重点结合了领域的先驱者和奠基人中科院院士高锟先生科研奋斗的事迹。

1966年高锟先生提出了“以光代替电流、以玻璃纤维取代铜线传输电信讯号”的大胆构想，并通过多年的潜心研究，将设想逐渐变成现实。

高锟先生的光纤发明技术，为现代通讯网络的运行奠定了基石；同时，他对科学真理的坚定信仰和积极探索的科研精神，极大地鼓励了学生在实践中要大胆探索，勇于创新。

“光纤之父”高锟先生四、课程思政效果分析课程团队成员在量子光学领域有着多年的研究经验，并且都有长期的国外留学经历（四年以上），能很好地把握课程内容的历史发展脉络及现在的前沿方向；同时，合理运用了现代信息技术手段及各种教学媒体，加强师生交流沟通，促进了学生对课程内容的掌握和理解。

量子光学研究的主要内容

量子光学研究的主要内容
基于量子物理学原理，量子光学研究几十年来一直引起科学界的浓厚兴趣。

量子光学是研究奥斯特里特森公式（原子与光子之间存在的相互作用）的研究，它研究了量子态的光子如何影响物质，及其如何影响自身的性质。

量子光学的研究是多学科的综合研究，它涉及物理学、化学、以及技术科学等各个领域，它们共同参与到量子光学的研究中。

量子光学的研究内容，首先包括量子物理学方面的研究，它研究了光子的量子态，以及它们之间的相互作用，从而建立了一种新的量子光学理论，用来解释宇宙中物理现象的形成和发展。

其次，量子光学还包括对物理学和化学中量子态物质的研究，它们之间会发生特殊的相互作用，从而影响物质本身的性质。

量子光学还涉及到电磁场、热熵和动力学等研究，并在实验研究中将量子光学理论应用到实际工程中。

实验方面，量子光学研究了激光的功率分布、激光的双曲线特性、激光的相位结构以及激光的波长调制，并开发出了各种激光扫描系统，以及量子光学成像技术等应用于实际工程中的技术。

此外，量子光学还有诸多其他方面的研究，比如激光光谱、量子光学的计算机模拟研究、量子光学的光电子技术研究等。

在未来，量子光学的研究还将进一步深入，它将在电子学、医学、材料学、生物学以及环境科学等方面获得更多的应用，从而为人类社会做出大量的贡献。

量子光学的研究是一项复杂的任务，它不仅要求理论研究者仔细研究和理解量子物理学原理，而且还要求实验研究者投入大量的精力和资源，以开发出先进的实验技术和设备，从而为量子光学研究带来更深入的突破。

目前，量子光学已经取得了巨大的进步，它的应用领域也越来越广泛，因此量子光学的研究将继续在各个领域受到高度重视。

《量子光学》教学大纲

量子光学16学时/ 1学分英文译名：Quantum Optics适用领域：光学，光学工程教学目的：量子光学是描述激光与物质相互作用的一个新兴光学分支，通过讲授光场中二能级原子的密度矩阵方程，Maxwell-Bloch方程，光场中二能级原子的布洛赫方程，光场的量子化；光学孤子，光学自感应透明，光纤光孤子的产生，光孤子的传输系统；以及激光抽运，激光冷却，量子信息传递等技术使学生对光与物质的相互作用有深入的认识。

教学方式及学时分配：课堂授课12学时、查阅文献4学时教学主要内容及对学生的要求:先修知识：波动光学，量子力学，激光原理学习内容：本课程从激光与原子相互作用的角度出发，系统地介绍研究光子对原子外层电子的作用的基本原理及方法。

其中包括：密度矩阵方程，Maxwell-Bloch方程，光场中二能级原子的布洛赫方程，光场的量子化理论。

要求学生了解量子光学的研究内容和实际应用，为将来从事原子光学的研究提供必要的理论基础。

内容摘要：辐射场与原子相互作用的经典理论包括电偶极子的自发辐射，受迫振动、原子的吸收和色散，原子的谱线宽度，Do叩ler频移及增宽和渡越增宽。

用简化的光场中的二能级原子模型，推导出原子与光场相互作用的经典理论，光场中二能级原子的波函数，光场中二能级原子的密度矩阵方程，Maxwell-Bloch方程，光场中二能级原子的布洛赫方程，原子与光场相互作用产生Rabi振荡以及光场的量子化，二能级系统原子和光场相互作用的哈密顿算符等量子光学的基本理论。

量子光学的应用包括瞬态相干的光学现象(包括：光学章动、光子回波和光学自感应透明)，光学孤子的基本概念，光纤光孤子的产生，光孤子的传输系统等等；量子光学的最新进展方面含有激光抽运，激光冷去电磁感应透明(EIT),相干布局数囚禁(CPT)以及量子信息传递等技术。

考核方式：论文主要参考书目：1.沈柯编著，《量子光学导论》，北京理工大学出版社，1995年9月第一版2.郭光灿著，《量子光学》，高等教育出版社，1990年。

物理系量子场论研究生课程简介

物理系量子场论研究生课程简介
课程名称：量子场论
英文名称：Quantum field theory
课程类型：√讲授课程□实践（实验、实习）课程□研讨课程□专题讲座□其
它
考核方式：考试
教学方式：讲授
适用专业：理论物理
适用层次：硕士 √博士 □
开课学期：秋
总学时/讲授学时：48/48
学分：3
先修课程要求：
§3.6动量和角动量算符
§3.7旋量间相因子的约定
§3.8二分量理论
第四章自旋为1的场（m不等于0）
§4.1自由场
§4.2相互作用场
第五章量子电动力学
§5.1拉个朗日量
§5.2库仑规范
§5.3量子化
§5.4光子的传播子和相对论不变性
§5.5说明
第六章费曼图
§6.1海森堡表象、薛定谔表象和相互作用表象
§6.2S矩阵
பைடு நூலகம்§6.3编时乘积、正规乘积和收缩
§6.4微扰级数
§6.5维克定理
§6.6应用
教材：
李政道，粒子物理和场论简引（上册），科学出版社，
1984。
主要参考书：
David Lurie, Particles and Fields (Wiley, New York, 1968).
§1.1经典力学
§1.2量子化
§1.3若干一般理论第二章零自旋场
§2.1一般讨论
§2.2傅里叶展开（自由场或相互作用场）
§2.3希尔伯空间（自由场或相互作用场）第三章自旋为1/2的场
§3.1数学准备
§3.2自由场
§3.3量子化（自由场或相互作用场）
§3.4傅里叶展开（自由场或相互作用场）

《量子光学》课程教学大纲

《量子光学》课程教学大纲一、中文课程简介（含课程名、课程编号、学分、总学时、课程内容概要等内容）量子光学()是高校理科物理专业学术型硕士的专业选修课之一。

本课程48学时，3学分。

主要内容包括：量子力学基础、经典电磁场与原子的相互作用、电磁场物理量的算符表示、电磁场的量子态、电磁场量子态在相干态表象中的表示、电磁场的相干性、量子电磁场与原子的相互作用、量子光学的发展历史和研究前沿、量子光学相关科技的发展历史和研究前沿几部分。

二、英文课程简介（含课程名、课程编号、学分、总学时、课程内容概要等内容）Quantum Optics () is one of the specialized optional courses for academic master in Department of Physics. It has 48 periods and 3 credits. The major elements of Quantum Optics are quantum mechanics theory, the interaction between classical electromagnetic field and atom, operators of electromagnetic field, quantum states of electromagnetic field, the representation in coherence state for quantum states of electromagnetic field, the coherence of electromagnetic field, the interaction between quantum electromagnetic field and atom, the history and frontier of Quantum Optics and its application.三、教学目标1 通过本课程的学习，掌握量子光学的基本概念和基本规律，为后续的科学研究打下必要的量子光学基础。

物理学院硕士学位研究生课程内容简介

物理学院硕士学位研究生课程内容简介理论物理专业-------------------- 高等量子力学--------------------课程编号：1222601 课程类别：专业基础课课程名称：高等量子力学英文译名：Advanced Quantum Mechanics 学时：80学时学分：4学分开课学期：1 开课形式：讲授考核形式：闭卷适用学科：理论物理授课单位及教师梯队：物理学院，张宏标。

内容简介：从更深层次系统地介绍量子力学的基本原理和基本概念，突出对称性在量子力学中的重要地位。

系统地讲授二次量子化理论、角动量理论、散射理论以及相对论量子力学理论。

初步介绍费曼路径积分和规范场理论。

主要教材：徐在新：《高等量子力学》，华东师范大学出版社，1994年版。

参考书目（文献）：1．D. Landau and E.M.Lifshitz, Quantum Mechanics，世界图书出版社。

2．杨泽森：《高等量子力学》，北京大学出版社，1991年版。

3．曾谨言：《量子力学》（卷二），科学出版社。

-------------------- 群论--------------------课程编号：1222602 课程类别：专业基础课课程名称：群论英文译名：Group Theory学时：80学时学分：4学分开课学期：1 开课形式：讲授考核形式：闭卷适用学科：理论物理授课单位及教师梯队：物理学院，陈世浩。

内容简介：系统地讲授有限群和李群的基本理论，着重介绍群的表示理论及其在物理中的应用，初步介绍李代数理论。

主要教材：韩其智、孙洪洲：《群论》，北京大学出版社，1987年版。

参考书目（文献）：1．W.Joshi, Elements of Group Theory for Physics.2．Hamermesh, Group Theory and its Ampplication to Physical problems.-------------------- 高等统计物理学--------------------课程编号：1222603 课程类别：专业基础课课程名称：高等统计物理学英文译名：Advanced Statistical Physics学时：80学时学分：4学分开课学期：2 开课形式：讲授考核形式：闭卷适用学科：理论物理授课单位及教师梯队：物理学院，王宙斐。

研究生量子物理

研究生量子物理
研究生量子物理是指在研究生阶段专注于研究和学习量子物理学的课程和项目。

量子物理是物理学的一个分支，研究微观领域的物质和能量行为。

研究生量子物理的课程和研究项目涵盖了量子力学、量子信息和量子计算等方面。

研究生量子物理的课程通常包括量子力学和统计物理学的高级课程，如量子力学原理、量子力学的数学基础、量子力学中的近似方法、量子场论等。

此外，还可能包括与量子物理相关的实验课程，例如量子光学或超导量子计算等。

研究生量子物理的研究项目也可以非常多样化。

学生可以选择研究量子计算、量子通信、量子传感器或者量子光学等领域的具体问题。

研究项目可能涉及到开展理论模拟、数值计算或者实验研究。

研究生量子物理的目标是培养学生在量子物理领域的专业知识和研究能力。

毕业后，学生可以选择从事学术研究、工业研发、政府机构等领域的工作，或者选择继续攻读博士学位。

因为量子物理在许多科技领域有着广泛的应用，所以具有量子物理背景的研究生也往往具备竞争力较强的就业前景。

物理系凝聚态量子理论研究生课程简介

物理
课程名称：凝聚态量子理论
英文名称：Condensed Matter Quantum Theory
课程类型：√讲授课程□实践（实验、实习）课程□研讨课程□专题讲座□其它
考核方式：
教学方式：讲授
适用专业：光学，凝聚态
适用层次：硕士√博士□
开课学期：春
总学时/讲授学时：64/64
学分：4
先修课程要求：
第一十章强关联电子体系
10.1赫伯德模型
10.2局域磁矩理论
10.3 s－d交换模型
10.4 RKKY互作用
10.5近藤效应和施里弗－沃尔变换
10.6隶玻色子技巧
10.7重费米子特性的重整杂化带描述
10.8 t－J模型和高温超导体的平均场理论
教材：
固体理论，李正中高等教育出版社（2003）
主要参考书：
7.4单电子近似的理论基础－－密度泛函理论
第八章极化子理论
8.1大极化子和小极化子
8.2大极化子的弗留里希哈密顿量
8.3 LLP中间耦合理论
8.4小极化子理论
8.5一维极化子理论
第九章激子理论
9.1激子概念
9.2瓦尼尔－莫特激子和夫伦克尔激子
9.3电子－空穴互作用的多体理论
9.4激子分子和电子－空穴液体
第六章氧化物高温超导体和各向异性超导电性
6.1高温超导体中的超导态的基本属性
6.2各向异性配对的超导电性
6.3各向异性超导体的态密度特征和重费米子超导体
6.4高温超导体的异常低温性质
6.5高温超导体正常态的反常特征
第七章能带论
7.1平面波法的困难和正交化平面波法
7.2元胞法和有效哈密顿量
7.3紧束缚近似法及二次量子化表示

物理系高等量子力学研究生课程概述

1.7 量子力学的路径积分形式
习题
第二章散射的量子理论
2.1 定态格林函数2.2 弹性散源自的玻恩近似2.3 非弹性散射
2.4 重组散射，反应截面
2.5 与时间有关的格林函数
2.6 散射矩阵
2.7 有心力场中的散射，分波法
2.8 存在两类相互作用时的散射，奇变波近似
2.9程函近似
习题
第三章二次量子化理论
物理系
课程名称：高等量子力学
英文名称：Advanced Quantum Physics
课程类型：√讲授课程□实践（实验、实习）课程□研讨课程□专题讲座□其它
考核方式：考试
教学方式：讲授
适用专业：物理系硕士
适用层次：硕士 √ 博士 √
开课学期：秋
总学时/讲授学时：64/64
学分：4
先修课程要求：
课程组教师姓名
职称
专业
年龄
学术专长
吴颖
教授
光学
51
量子光学
李家华
讲师
光学
30
量子光学
教学大纲（章节目录）：
导言
第一章量子力学的一般描述
1.1态矢量和力学量的表示
1.2 本征值问题的矩阵力学方法
1.3 幺正变换的一般理论
1.4 状态随时间改变的描述——三种绘景
1.5 对称性和守恒定律
1.6 密度算苻
4.5 辐射的量子化理论
习题
第四章相对论性粒子的量子力学方程
5.1 引言
5.2 克莱因－戈登方程
5.3 电磁场存在时的KG方程
5.4 狄拉克方程
5.5 狄拉克方程的协变形式
5.6 电磁场中的电子
5.7 克莱因－戈登场和狄拉克场的量子化

量子光学课程教学大纲

（Course Type）
课堂授课
授课对象
（TargetAudience）
致远学院物理方向本科生，物理与天文学院本科生
*授课语言
(Language of Instruction)
英语或双语
*开课院系
（School）
物理与天文学院
先修课程
（Prerequiຫໍສະໝຸດ ite）量子力学，光学授课教师
（Instructor）
金贤敏
课程网址
(CourseWebpage)
*课程简介（Description）
本课程将以量子力学和光学为基础，以量子信息科学与技术为牵引并贯穿全程，探索和理解光的量子化概念以及光量子态的产生和探测。通过本课程的学习，学生将理解物质的量子化，光子统计，光子聚束效应；学习各种光量子态包括相干态、压缩态和光子数态。通过四个专题，全面了解量子光学的最新研究前沿和量子物理与量子信息动态，包括量子纠缠与量子隐形传态、量子通信、量子计算和量子模拟等。
4.Single-photon sources
4
授课
课间回答问题
大作业
第九章（第9周，每周4学时）
1.Hong-Ou-Mandelinterference
2.Quantumdense coding
3.Exerciseclass
4
授课
课间回答问题
大作业
第十章（第10周，4学时）
1.Quantum teleportation
（2）课程末写一篇研究计划或者设想的论文，可以是基于2）中调研课题的延伸，也可以是结合自己所处研究组所从事的研究与量子光学交叉结合的研究设想（50%）。
*教材或参考资料
(Textbooks & Other Materials)