原子与光子相互作用 下载 pdf 百度网盘 epub 免费 2025 电子书 mobi 在线

本书是诺贝尔物理学奖获得者Claude Cohen-Tannoudji教授的一本非常精彩的研究生教材著作。在物理学界，特别是原子分子和光物理学界，产生了巨大的影响。定位是研究生教材和相关科技人员的参考书目。

本书着重研究原子分子物理、量子光学和激光物理中光与原子相互作用。光子的各种基本过程包括发射、吸收、散射或者原子之间的交换作用，都用图示法进行了详细的描述和刻画。介绍了多种不同的理论方法，包括：微扰法、豫解法、主方程法、朗之万方程法、光学布洛赫方程法、原子光子缀饰态法等。每种方法都自洽地描述，读者可以单章独立阅读。通过对一些简单和重要物理现象的分析，对各种方法的优势和局限性也进行了详细的阐述。

本书不仅适合研究生仔细研读，也是相关科研人员值得人手一册的参考书。

第1章 电动力学中的跃迁几率幅 1

1.1 物理过程中的几率幅 1

1.2 跃迁几率幅的时间依赖关系 3

1.2.1 分立能级间的耦合 3

1.2.2 分立能级和连续谱之间的共振耦合 4

1.2.3 连续谱内或连续谱之间的耦合 5

1.3 电动力学中的应用 7

1.3.1 库仑规范下的哈密顿量 7

1.3.2 按电荷量 qα的幂次展开 8

1.3.3 按横场的作用强度幂次展开 8

1.3.4 在粒子哈密顿中包含库仑相互作用的优势 9

1.3.5 跃迁几率幅的图示法 10

1.4 补充材料：跃迁几率幅的微扰计算 ——一些有用的公式 12

1.4.1 相互作用表象 12

1.4.2 跃迁几率幅的微扰展开 13

1.4.3 跃迁几率 17

1.5 补充材料：用等效哈密顿量描述微扰效应 22

1.5.1 序言和目标 22

1.5.2 方案的基本原理 24

1.5.3 确定等效哈密顿量 25

1.5.4 两个相互作用系统的情况 27

1.6 补充材料：离散能级耦合到宽带连续谱 ——一个简单模型 28

1.6.1 模型的描述 29

1.6.2 系统的稳态：在新连续谱中追踪离散态 30

1.6.3 模型的应用例子 33

1.6.4 推广到更实际的连续谱 ——不通过离散化的哈密顿量对角化 39

第2章 光与原子相互作用一览 42

2.1 辐射过程：一个新光子的产生 42

2.1.1 两个离散态之间的自发辐射 ——原子激发态的辐射衰减 43

2.1.2 连续谱和离散态之间的自发辐射 46

2.1.3 离化连续谱中两态之间的自发辐射 ——轫致辐射 47

2.2 吸收过程：一个光子的消失 48

2.2.1 两个离散态之间的吸收 48

2.2.2 离散态和连续态之间的吸收 49

2.2.3 两个离化连续态之间的吸收：逆轫致辐射 51

2.2.4 光场初态对吸收过程动力学的影响 51

2.3 散射过程：一个光子消失，另一个光子产生 53

2.3.1 散射振幅 ——图示法 53

2.3.2 光子被原子或分子系统散射的不同类型 55

2.3.3 共振散射 58

2.4 多光子过程：若干光子的产生或者消失 61

2.4.1 双光子自发辐射 61

2.4.2 两个离散态之间的多光子吸收 (以及受激辐射) 62

2.4.3 多光子电离 64

2.4.4 谐波产生 65

2.4.5 多光子散射和准共振散射 66

2.5 辐射修正：光子辐射再吸收 (或吸收再辐射) 68

2.5.1 自发辐射修正 69

2.5.2 受激辐射修正 72

2.6 交换光子诱导的相互作用 74

2.6.1 两个带电粒子间交换横向光子：库仑相互作用的一阶修正 74

2.6.2 两个中性原子间的范德瓦尔斯相互作用 76

2.7 补充材料：光探测信号和关联函数 79

2.7.1 原子型光探测器的简单模型 80

2.7.2 激发几率与关联函数 81

2.7.3 宽带光探测 86

2.7.4 窄带光探测 88

2.7.5 双光探测信号 91

2.8 补充材料：泡利 -菲尔兹表象下的辐射修正 93

2.8.1 泡利-菲尔兹变换 94

2.8.2 新表象下的可观测量 97

2.8.3 物理讨论 100

第3章 跃迁几率幅的非微扰计算 105

3.1 演化算符和预解式 106

3.1.1 演化算符满足的积分方程 106

3.1.2 格林函数-传播子 106

3.1.3 哈密顿量的预解式 108

3.2 微扰级数的形式化重组 109

3.2.1 解释一个简单模型的图示法 109

3.2.2 使用投影算符的代数方法 111

3.2.3 一些近似的介绍 115

3.3 案例研究 117

3.3.1 原子激发态的演化 117

3.3.2 激发态原子自发辐射光的谱分布 122

3.3.3 系统离散能级和连续谱的非直接耦合：兰姆位移的案例 127

3.3.4 离散能级间的间接耦合：多光子跃迁 132

3.4 补充材料：预解式的解析性质 137

3.4.1 预解式在实轴外的解析性 137

3.4.2 实轴上的奇点 139

3.4.3 预解式在解析延拓后的非稳态和奇点 140

3.4.4 围道积分与对指数衰减的修正 142

3.5 补充材料：被原子散射的光子散射振幅的非微扰表达式 143

3.5.1 未扰动态之间的跃迁几率幅 144

3.5.2 引入精确渐近态 148

3.5.3 精确渐近态之间的跃迁几率幅 150

3.6 补充材料：耦合到有限带宽连续谱的离散态 ——从魏斯考夫-维格纳指数衰减到拉比振荡 154

3.6.1 引子 154

3.6.2 模型描述 155

3.6.3 重要物理参量 158

3.6.4 图像讨论 160

3.6.5 弱耦合极限 162

3.6.6 中度耦合以及临界耦合 163

3.6.7 强耦合 164

第4章 被当作热库的辐射：粒子主方程 167

4.1 引子与综述 167

4.2 推导与热库 R相互作用的小系统 A的主方程 169

4.2.1 相互作用表象下的小系统演化方程 169

4.2.2 关于热库的假设 170

4.2.3 小系统的粗粒化变化率的微扰计算 173

4.2.4 能量态基底下的主方程 175

4.3 主方程的物理内涵 177

4.3.1 布居数的演化 177

4.3.2 相干项的演化 179

4.4 近似的讨论 180

4.4.1 A演化时间的量级 180

4.4.2 存在两个时间尺度的条件 181

4.4.3 微扰展开成立的条件 181

4.4.4 t时刻整体密度算符的因式化 181

4.4.5 小结 182

4.5 应用到与辐射场耦合的二能级原子 183

4.5.1 内部自由度演化 183

4.5.2 原子速度的演化 188

4.6 补充材料：涨落与线性响应在辐射过程中的应用 196

4.6.1 统计函数和主方程的物理诠释 196

4.6.2 应用到辐射过程 203

4.7 补充材料：阻尼谐振子的主方程 209

4.7.1 物理系统 209

4.7.2 主方程的算符形式 210

4.7.3 HA基底上的主方程 212

4.7.4 在相干态基底下的主方程 214

4.8 补充材料：简单物理系统的量子朗之万方程 217

4.8.1 经典布朗运动理论综述 218

4.8.2 阻尼谐振子的海森伯-朗之万方程 222

第5章 光学布洛赫方程 230

5.1 二能级原子的光学布洛赫方程 231

5.1.1 入射场的描述 231

5.1.2 独立变化率近似 231

5.1.3 旋转波近似 233

5.1.4 赝自旋 1/2系统的几何表示法 235

5.2 物理讨论 ——布洛赫方程与其他演化方程的不同 237

5.2.1 与弛豫方程的不同：布居项和相干项之间的耦合 237

5.2.2 与哈密顿演化方程的不同 238

5.2.3 与海森伯-朗之万方程的不同 238

5.3 第一个应用 ——原子平均值的演化 239

5.3.1 内部自由度 239

5.3.2 外部自由度与平均辐射力 241

5.4 原子辐射光的性质 247

5.4.1 光探测信号：辐射偶极矩的单时和双时平均值 247

5.4.2 辐射光的总光强 249

5.4.3 稳态下散射光的谱分布 251

5.5 补充材料：布洛赫 -朗之万方程和量子回归定理 253

5.5.1 原子和场的耦合海森伯方程 253

5.5.2 海森伯-朗之万方程的推导 257

5.5.3 朗之万力的性质 260

第6章 缀饰态原子方法 266

6.1 引言：缀饰态原子 266

6.2 缀饰态原子的能级结构 267

6.2.1 激光束的模型 267

6.2.2 原子加激光场总系统的非耦合态 268

6.2.3 原子-激光耦合 269

6.2.4 缀饰态 271

6.2.5 吸收和受激辐射的物理效应 272

6.3 缀饰态共振荧光的级联辐射诠释 272

6.3.1 相关时间尺度 273

6.3.2 未耦合基矢的级联辐射 273

6.3.3 缀饰态基矢下的级联辐射 275

6.4 缀饰态原子的主方程 278

6.4.1 主方程的一般形式 278

6.4.2 久期极限下缀饰态基底上的主方程 279

6.4.3 级联辐射的准稳态 284

6.5 若干应用的讨论 285

6.5.1 荧光三重态各分量的宽度和权重 285

6.5.2 弱探测光的吸收谱 289

6.5.3 光子关联 292

6.5.4 偶极力 297

6.6 补充材料：射频波段中的缀饰态原子 301

6.6.1 能级交叉或反交叉有关的共振 301

6.6.2 射频光子缀饰的自旋 21 系统 306

6.6.3 圆偏振光子的简单案例 309

6.6.4 线偏振的射频光子 314

6.7 补充材料：激光场存在时的碰撞过程 321

6.7.1 无激光场激发时的碰撞弛豫 322

6.7.2 存在激光场辐射时的碰撞弛豫 324

6.7.3 碰撞诱导的原子辐射和光吸收的修正：碰撞再分布 328

6.7.4 碰撞转移率的计算方案 334

习题集 337

习题 1 原子激发态辐射寿命计算：与经典偶极矩阻尼时间的比较 337

习题 2 被囚禁离子的光子自发辐射：兰姆 -迪克效应 339

习题 3 瑞利散射 343

习题 4 汤姆孙散射 346

习题 5 共振散射 348

习题 6 原子的两个激发态之间能级交叉的光学探测 351

习题 7 原子能级的辐射位移：兰姆位移的贝特公式 354

习题 8 轫致辐射：势场内弹性散射的辐射修正 362

习题 9 低频轫致辐射：红外灾难的非微扰处理 369

习题10 与辐射场相互作用导致的粒子回旋频率修正 375

习题11 自旋之间的磁相互作用 380

习题12 由磁场真空涨落耦合导致的原子磁矩修正 385

习题13 波包引起的原子激发：宽带激发和窄带激发 388

习题14 近邻双原子系统的自发辐射：超辐射和亚辐射 391

习题15 简谐振子的级联辐射 394

习题16 细致平衡原理 399

习题17 处在相干态的量子场与外场的等价性 401

习题18 相干项的绝热消除以及从光学布洛赫方程到弛豫方程的变换 404

习题19 二能级原子系综的非线性极化率及若干应用 406

习题20 与强光作用的原子对探测光的吸收：饱和吸收的应用 409

附录 库仑规范下的量子电动力学 ——必要结果汇总 419

附录1 电磁场的描述 419

附录2 粒子 425

附录3 库仑规范中的哈密顿量和动力学 425

附录4 状态空间 428

附录5 长波近似和电偶极表象 429

参考文献 433

索引 435

暂无相关内容，正在全力查找中

暂无出版社相关信息，正在全力查找中！

暂无相关书籍摘录，正在全力查找中！

在线阅读地址：原子与光子相互作用在线阅读

在线听书地址：原子与光子相互作用在线收听

在线购买地址：原子与光子相互作用在线购买

暂无原文赏析，正在全力查找中！

书籍介绍

本书是诺贝尔物理学奖获得者Claude Cohen-Tannoudji教授的一本非常精彩的研究生教材著作。在物理学界，特别是原子分子和光物理学界，产生了巨大的影响。定位是研究生教材和相关科技人员的参考书目。

本书着重研究原子分子物理、量子光学和激光物理中光与原子相互作用。光子的各种基本过程包括发射、吸收、散射或者原子之间的交换作用，都用图示法进行了详细的描述和刻画。介绍了多种不同的理论方法，包括：微扰法、豫解法、主方程法、朗之万方程法、光学布洛赫方程法、原子光子缀饰态法等。每种方法都自洽地描述，读者可以单章独立阅读。通过对一些简单和重要物理现象的分析，对各种方法的优势和局限性也进行了详细的阐述。

本书不仅适合研究生仔细研读，也是相关科研人员值得人手一册的参考书。