|
Оглавление
Предисловие
Облик современной квантовой оптики изменяется очень быстро. Если двадцать лет назад еще нельзя было говорить о квантовой оптике как о вполне определившейся области исследований, то теперь благодаря стремительному развитию, особенно в последние пять-шесть лет, квантовая оптика стала развитой областью, связанной методологически с квантовой электродинамикой, квантовой статистической физикой, нелинейной оптикой. Предметом изучения в квантовой оптике являются в первую очередь проявления в оптических экспериментах квантовых эффектов – эффектов, которые нельзя описать, используя основанный на принципе соответствия полуклассический подход, когда поле рассматривается как классический объект, а вещество – как квантовый. Причем квантовое описание вещества ограничивается средними значениями величин, без рассмотрения квантовых флуктуации. Именно на основе такого подхода, сохраняющего аппарат классической физики – уравнения Максвелла, дополненные уравнениями для среднего значения поляризации среды, были изучены многочисленные нелинейные и когерентные явления в оптике (см. монографии [1–14] в списке литературы к предисловию). Квантовые флуктуации, внутренне присущие квантовым объектам флуктуации физических величин при повторных измерениях, а также флуктуации, вызванные невозможностью точного измерения двух некоммутирующих величин, требуют для своего описания последовательно квантового подхода. Такой общий подход к исследованию квантовых состояний свободно распространяющихся полей на основе измерений различных корреляционных функций поля был разработан в конце 60-х годов в связи с появлением принципиально новых источников света – лазеров и развитием техники счета фотонов. Исследования этого периода нашли отражение в монографии Клаудера и Сударшана [15], курсе лекций Глаубера [16], обзоре Вольфа и Манделя [17], монографии Перины [18]. Однако в работах этого периода, а также в последовавших за ними работах по теории когерентности лазерного света, обобщенных в лекциях Арекки, Скалли, Хакена, Вайдлиха [19], монографиях Лэкса [20], Лоудона [21], Ахманова и Чиркина [22], Гордова и Творогова [23], Ахманова, Дьякова и Чиркина [24], изучались, как правило, состояния поля, которые имеют классический аналог, а следовательно, могут быть описаны без обращения к квантовой теории – на основе классических методов. Исследования квантовых особенностей оптических полей были скорее исключением в ряду этих работ. Существенно новый этап в развитии квантовой оптики начался в конце 70-х – начале 80-х годов. Теоретические исследования статистических свойств (особенно фазовых характеристик) оптических полей, создаваемых в конкретных процессах взаимодействия с веществом, одновременно с технической разработкой источников света с разнообразными статистическими свойствами, изменяемыми при нелинейных преобразованиях, привели к переосмыслению принципа неопределенности Гейзенберга и развитию концепции сжатых состояний поля. Кроме того, прогресс в технике оптических измерений, а также потребности, предъявляемые к точности современных прецизионных измерений, таких как измерения гравитационных волн, сделали актуальной задачу о достижении минимально возможных флуктуации при передаче и преобразовании полей и о целенаправленном воздействии на квантовые шумы с целью их уменьшения. В связи с этой задачей потребовалось пересмотреть многие вопросы, касающиеся создания состояний полей, не имеющих классического аналога – субпуассоновских состояний, проявляющих свойство антигруппировки фотонов, а также вопросы регистрации полей (регистрация квадратурных компонент поля и их флуктуации; влияние на измеряемое поле процесса фотодетектирования – процесса непрерывного квантового измерения; возможность измерения физической величины, при котором состояние системы, относящееся к измеряемой величине, не меняется – неразрушающего квантового измерения). Литература по этим вопросам вряд ли доступна читателю, приступающему к изучению квантовой оптики. Кроме того, многие из отмеченных выше проблем квантовой оптики не отражены в монографиях. Настоящая книга задумана как введение в современную квантовую оптику, которое позволило бы читателю не только составить представление о достижениях этой области науки, но и дало бы возможность достичь (после прочтения с минимальным числом обращении к дополнительной литературе) того теоретического уровня, который необходим для проведения исследований в квантовой оптике. Именно этим и определялся выбор материала и литературы для цитирования. Для достижения цели наиболее кратким путем из общей квантово-оптической задачи (генерации квантовых полей конкретными источниками, их распространения и взаимодействия с детектирующей системой) была выбрана для изложения одна часть: описание квантовых свойств свободных оптических полей и их регистрация. Из второй части (создание и преобразование квантовых оптических полей в конкретных процессах взаимодействия света с веществом) в книгу включены только общие вопросы, без которых нельзя изложить рассматриваемые проблемы. Однако детальному изложению этой части задачи автор предполагает посвятить отдельную монографию. Некоторые вопросы преобразования квантовых оптических полей можно найти в монографиях Люиселла [25], Клышко [26], Лоудона [21], Перины [27]. При составлении списка литературы автор стремился привести работы обзорного характера, пионерские и некоторые работы, касающиеся современного этапа развития квантовой оптики, чтобы помочь читателю ориентироваться в литературе, относящейся к области исследований, далеких от завершения. Автор считает своим долгом отметить значительное влияние, которое оказали на него многочисленные беседы с Б.И.Степановым – выдающимся ученым, стоявшим у истоков современной спектроскопии и квантовой электроники. Без его внимания к проблемам квантовой оптики и его убежденности в том, что длительная научная работа должна завершаться написанием монографии, эта книга вряд ли появилась бы. Автор признателен П.А.Апанасевичу за поддержку исследований в области квантовой оптики, а также за труд по редактированию данной монографии. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||