Quantum Photonics

ویرایش: 1 
نویسندگان: Thomas P. Pearsall (auth.)  
سری: Graduate Texts in Physics 
ISBN (شابک) : 9783319551449, 9783319551425 
ناشر: Springer International Publishing 
سال نشر: 2017 
تعداد صفحات: 301 
زبان: English 
فرمت فایل : PDF (درصورت درخواست کاربر به PDF، EPUB یا AZW3 تبدیل می شود) 
حجم فایل: 7 مگابایت 

قیمت کتاب (تومان) : 33,000



این کتاب درسی از رویکرد آموزشی استفاده می‌کند که دسترسی به مبانی فوتونیک کوانتومی را تسهیل می‌کند. این شامل توصیف مقدماتی از خواص کوانتومی فوتون ها از طریق کوانتیزه کردن دوم میدان الکترومغناطیسی، معرفی گسیل تحریک شده و خود به خود فوتون ها در سطح کوانتومی است. معادله شرودینگر برای توصیف رفتار الکترون ها در یک پتانسیل یک بعدی استفاده می شود. تونل زنی از طریق یک مانع برای معرفی مفهوم غیرمکانی بودن یک الکترون در سطح کوانتومی استفاده می شود که ارتباط نزدیکی با تونل زنی محصور کوانتومی، تونل زنی تشدید و منشاء باندهای انرژی در هر دو حالت تناوبی (بلوری) و غیر دوره ای (غیر دوره ای) دارد. کریستالی) مواد. با معرفی مفاهیم فضای متقابل، مناطق بریلوین و قضیه بلوخ، تعیین ساختار نوار الکترونیکی با استفاده از روش شبه پتانسیل ارائه شده است که امکان محاسبه مستقیم ساختارهای نواری اکثر نیمه هادی های گروه IV، گروه III-V و گروه II-VI را فراهم می کند. . متن توسط محاسبات عددی متعددی پشتیبانی می شود که می تواند توسط دانش آموز تکرار شود.

این کتاب شامل بررسی گسترده ای از مدت زمان حفر تونل است. ماهیت غیرمحلی حالت‌های مکانیکی کوانتومی با اثبات قضیه بل و بحث عمیق در مورد پیامدهای آن برای پدیده‌های تجربی مانند تونل‌زنی کوانتومی و درهم‌تنیدگی کوانتومی بیشتر توسعه می‌یابد. جفت فوتون کوانتومی درهم‌تنیده، اسب کاری برای کاوش غیرمحلی بنیادی مکانیک کوانتومی و همچنین کاربردهای مهمی مانند رمزنگاری کوانتومی است. علاوه بر این، این کتاب با استفاده از عملگرهای میدان فوتونیک کوانتیزه شده، تولید جفت فوتون های درهم تنیده را با تبدیل پایین پارامتری خود به خودی با جزئیات ارائه می کند.

فیزیک عمل لیزر با استفاده از پایه فوتونیک کوانتومی انتشار خود به خود و تحریک شده ارائه شده است، که محدودیت های معادلات ماکسول را در توصیف رفتار کوانتومی برجسته می کند. علاوه بر این، این کتاب نشان می دهد که چگونه محصور شدن کوانتومی الکترون ها منجر به کاهش جریان آستانه در سطح ماکروسکوپی می شود. ساختارهای لیزری آبشار کوانتومی و آبشاری بین باندی با استفاده از روش‌های توسعه‌یافته در فصل‌های قبلی مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرند تا نشان دهند که چگونه می‌توان مهندسی ساختار نواری را برای دسترسی به انرژی‌های انتشار فوتون که با استفاده از مواد معمولی به دست نمی‌آیند، اعمال کرد.

This textbook employs a pedagogical approach that facilitates access to the fundamentals of Quantum Photonics. It contains an introductory description of the quantum properties of photons through the second quantization of the electromagnetic field, introducing stimulated and spontaneous emission of photons at the quantum level. Schrödinger’s equation is used to describe the behavior of electrons in a one-dimensional potential. Tunneling through a barrier is used to introduce the concept of non­locality of an electron at the quantum level, which is closely-related to quantum confinement tunneling, resonant tunneling, and the origin of energy bands in both periodic (crystalline) and aperiodic (non-crystalline) materials. Introducing the concepts of reciprocal space, Brillouin zones, and Bloch’s theorem, the determination of electronic band structure using the pseudopotential method is presented, allowing direct computation of the band structures of most group IV, group III-V, and group II-VI semiconductors. The text is supported by numerous numerical calculations that can be repeated by the student.

The book includes an extensive treatment of the time duration of tunneling. The non-local nature of quantum mechanical states is further developed by the proof of Bell’s theorem and an in-depth discussion of its implications for experimental phenomena like quantum tunneling and quantum entanglement. The entangled quantum photon pair is the workhorse for exploring the fundamental non-locality of quantum mechanics, as well as important applications such as quantum cryptography. Further, the book presents the generation of entangled photon pairs by spontaneous parametric downconversion in detail using operators of the quantized photonic field.

The physics of laser action is presented using the quantum photonic basis of spontaneous and stimulated emission, highlighting the limits of Maxwell’s equations in describing quantum behavior. Further, the book shows how the quantum confinement of electrons leads to reduced threshold current on the macroscopic level. Quantum cascade and interband cascade laser structures are analyzed using methods developed in earlier chapters to show how band structure engineering can be applied to access photon emission energies that cannot be achieved using conventional materials.

Front Matter....Pages i-xvii
Electrons....Pages 1-17
Photons....Pages 19-55
Free Electron Behavior in Semiconductor Heterostructures....Pages 57-109
Electronic Energy Levels in Crystalline Semiconductors....Pages 111-150
The Harmonic Oscillator and Quantization of Electromagnetic Fields....Pages 151-175
Entanglement and Non-locality of Quantum Photonics....Pages 177-200
Lasers....Pages 201-235
Quantum Cascade Lasers....Pages 237-265
Non-linear Optics: Second-Harmonic Generation and Parametric Oscillation....Pages 267-286
Back Matter....Pages 287-292