量子光学的发展历程

量子光学的发展历程

众所周知，光的量子学说最初由A．Einstein于1905年在研究光电效应现象时提出来的[注：光电效应现象包括外光电效应、内光电效应和光电效应的逆效应等等，爱因斯坦本人则是因为研究外光电效应现象并从理论上对其做出了正确的量子解释而获得诺贝尔物理学奖；这是量子光学发展史中的第一个重大转折性历史事件，同时又是量子光学发展史上的第一个诺贝尔物理学奖。尽管爱因斯坦终生对科学的贡献是多方面的（例如，他曾建立狭义相对论和广义相对论等等），但他本人却只获得这唯一的一次诺贝尔物理学奖]。
光量子学说的提出，成功的解释光电效应现象的实验结果，促进光电检测理论、光电检测技术与光电检测器件等学科领域的飞速发展；因此，从这个意义上说，爱因斯坦为光电检测理论之父。不仅如此，光量子学说提出最终导致了量子光学的建立，因此说它是量子光学发展的源头和起点；从这个意义上说，爱因斯坦为量子光学的先驱和创始人。尤为重要的是，爱因斯坦在其光量子学说中所提出有关光量子这一概念，几经发展形成了光子这一概念，最终导致光子学理论建立，并由此带动光子技术、光子工程与光子产业的迅猛发展；可见，光量子学说为光子学、光子技术、光子工程和光子产业的发端；因此，爱因斯坦是光子学、光子技术、光子工程与光子产业的先导。除此而外，爱因斯坦在研究二能级系统的黑体辐射问题时曾提出受激辐射、受激吸收与自发辐射这三个概念，并形式的引入爱因斯坦受激辐射系数、受激吸收系数与自发辐射系数这三个系数等等；特别是受激辐射这一概念提出，最终导致激光器的发明、激光的出现与激光理论的诞生，直至形成当今的激光技术、激光工程与激光产业；因此爱因斯坦是当之无愧的激光之父和激光理论的先驱。 从1906年到1959年这50多年时间内，有关光量子理论的研究工作虽然也曾取得过许多重要成就，其总体发展而言，仍然比较缓慢的。其最明显特征就是光的量子理论尚未形成完整理论体系。
诺贝尔物理学奖
自1960年国际上诞生第一台红宝石激光器以来，有关这一领域的科学研究工作进入到了空前活跃的快速发展时期。由此，直接导致量子光学的诞生与发展[注：是量子光学发展史上的一次重大转折，为量子光学的快速发展提供重要的实验技术保障；同时，激光器发明者们也因此获得了诺贝尔物理学奖。这是量子光学发展史上第2个诺贝尔物理学奖。应当强调指出的是，激光器本身属于量子器件，而绝不是经典器件！激光器的行为并不完全遵守经典物理学的理论规则。 真正将量子光学的理论研究工作引上正轨并推向深入的，是E．T．Jaynes和F．W．Cummings两人。1963年，E.T.Jaynes和F.W.Cummings两人提出了表征单模光场与单个理想二能级原子单光子相互作用的Jaynes—Cummings模型(以下简称标准J-C模型)，这标志着量子光学的正式诞生。此后，人们围绕着标准J-C模型及其各种推广形式做了大量的而且是富有成效的理论与实验研究工作。
第一个高潮
随着研究工作的深入和深化，随着研究对象、研究内容和研究范围的拓展，以及随着研究方法和研究手段的更新与改进，今天的量子光学领域已经出现了一系列全新的、重大突破性进展。特别是在1997年，S.Chu,C.C.Tannoudji和W.D.Phillips等人因研究原子的激光冷却与捕获而分获1997年度诺贝尔物理学奖，从而将量子光学领域的研究工作推向了第一个高潮（注：这是量子光学发展史上的第3个诺贝尔物理学奖）。
第二个高潮
1997年以后，量子光学领域又出现了许多新的发展迹象。特别是，在2001年瑞典皇家科学院决定将2001年度的诺贝尔物理学奖授予对实现玻色—爱因斯坦凝聚态而做出杰出贡献的3位科学家，从而将量子光学领域的研究工作推向了第二个新的高潮（注：这是量子光学发展史上的第4个诺贝尔物理学奖）。
第三个高潮
到了2005年，瑞典皇家科学院再次决定将2005年度的诺贝尔物理学奖授予对光学相干态和光谱学研究做出杰出贡献的3位科学家。其中，发现光学相干态(即Glouber相干态)、并在此基础上进一步建立起光场相干性的全量子理论的美国科学家Glouber他一个人获得了本年度诺贝尔物理学奖金的50%，而另外的两位科学家则共享本年度诺贝尔物理学奖金的另外的50%。这足以说明量子光学研究的重要性、重要地位和重要作用以及国际科学界对量子光学学科的重视程度；试想一下，在短短的8年时间内，竟然给量子光学学科授了3次诺贝尔物理学奖！从而，将量子光学领域的研究工作推向了第三个新的高潮（注：这是量子光学发展史上的第5个诺贝尔物理学奖）。
要对量子光学领域已往的辉煌成就进行总结回顾，并对当前量子光学领域的最新发展动态以及21世纪量子光学领域的发展趋势和发展方向进行分析与展望，以使人们在今后新的探索中能够受到新的启发，并力争在21世纪初期取得更大的突破。 从1906年到1959年的这50多年时间内，有关光的量子理论的研究工作虽然也曾取得过许多重要成就，但就其总体发展而言，仍然是比较缓慢的。其最明显特征就是光的量子理论尚未形成完整的理论体系。
自1960年国际上诞生第一台红宝石激光器以来，有关这一领域的科学研究工作进入到了空前活跃的快速发展时期。由此，直接导致了量子光学的诞生与发展[注：这是量子光学发展史上的一次重大转折，为量子光学的快速发展提供了重要的实验技术保障；同时，激光器的发明者们也因此获得了诺贝尔物理学奖。这是量子光学发展史上的第2个诺贝尔物理学奖。激光器本身属于量子器件，激光器的行为并不完全遵守经典物理学的理论规则。
更大突破
因此，在这种情况下，有必要对量子光学领域已往的辉煌成就进行总结回顾，并对量子光学领域的最新发展动态以及21世纪量子光学领域的发展趋势和发展方向进行分析与展望，以使人们在新的探索中能够受到新的启发，并力争在21世纪初期取得更大的突破。