Основы квантовой оптики - Клаудер Дж.
Скачать (прямая ссылка):
7
различных типов и разработка методов уменьшения амплитудных и фазовых
флуктуаций лазерного излучения. Существенно подчеркнуть, что сказанное
относится не только к сравнительно маломощным лазерам непрерывного
действия, но также и к мощным и в особенности сверхмощным импульсным
лазерам. Работы самого последнего времени показали, что статистические
явления играют чрезвычайно важную роль в работе многомодовых
твердотельных лазеров; в частности, наиболее адекватным описанием
излучения оптических генераторов мощных сверхкоротких импульсов является
статистическое описание.
Разумеется, проблемы, связанные с флуктуациями в лазерах, во многом
аналогичны соответствующим проблемам, связанным с флуктуациями в
автоколебательных системах радиодиапазона (ср. [9, 10]); имеются, однако,
и существенные особенности, обусловленные квантовым характером
флуктуаций, распределенными взаимодействиями, многомодовостыо и т. п.
Новый класс статистических задач в этой области связан с изучением
оптических генераторов со случайной обратной связью, генераторов, принцип
действия которых ближе к принципу действия ядерного реактора, нежели
генератора радиодиапазона [11].
Работы по оптической связи и локации с помощью лазеров стимулировали
весьма детальные исследования чувствительности оптических приемников
(обзор современного состояния вопроса см. в [8]) и исследования по
распространению световых пучков в статистически неоднородных средах (в
частности, в атмосфере и в воде). Чрезвычайно интересные перспективы
открылись и в изучении молекулярного рассеяния света; возможность выйти
за пределы регистрации только спектров рассеянного излучения и
использовать, в частности, статистику фотоотсчетов позволяет получить
новую информацию о рассеивающей среде и процессе рассеяния.
Новым разделом статистической оптики, возникновение которого целиком
обязано лазерам, является статистическая нелинейная оптика [12, 13].
Здесь можно указать по меньшей мере два круга статистических задач,
являющихся предметом многочисленных теоретических
8
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА
и экспериментальных работ, выполненных в течение последних 4-5 лет.
Прежде всего это задачи, связанные со "статистикой излучения", т. е. с
изучением влияния пространственной и временной когерентности излучения на
протекание нелинейных оптических эффектов. Другой круг задач связан с
изучением нелинейных эффектов в статистически неоднородных средах
(нелинейное молекулярное рассеяние, генерация оптических гармоник и
параметрические явления в неоднородных кристаллах, нелинейная дифракция и
т. п.) и с влиянием квантовых шумов на протекание нелинейных эффектов.
Наконец, методы нелинейной оптики позволяют существенно расширить
возможности интерферометрии интенсивности, широко используемой в
последнее время для изучения тонкой временной структуры излучения мощных
твердотельных лазеров.
Приведенный выше краткий перечень основных направлений современной
статистической оптики показывает, таким образом, что статистические
методы, статистические задачи проникли почти во все важнейшие разделы
физической и прикладной оптики - ситуация, во многом сходная с процессом,
происходившим в течение двух последних десятилетий в радиофизике. Резкое
расширение объема экспериментальных исследований, возникновение широкого
класса новых задач стимулировали исследования и по общей статистической
теории оптических полей. Последнее десятилетие принесло ряд
фундаментальных результатов, относящихся прежде всего к ее квантовой
формулировке. Правда, и здесь многое было сделано еще в 30-х годах
(принципиальное значение имеют, в частности, ранние работы Шредингера, в
которых были введены так называемые когерентные состояния) ; кроме того,
уже достаточно давно имелось ясное понимание того факта, что квантовая
теория оптических полей является частью квантовой электродинамики. Тем не
менее именно в работах, выполненных в 1961 -1966 гг., была развита
эффективная квантовая методика описания оптических полей, что позволило
придать квантовой оптике логическую завершенность и выявить ее связь с
теорией, использующей классическое описание поля.
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА
9
Разумеется, стремление к завершенности теоретической картины не является
единственным аргументом в пользу квантования поля в оптической теории.
Необходимость в последовательной квантовой теории возникает при
рассмотрении флуктуаций в лазерах, параметрических усилителях и
генераторах оптического диапазона, а также при исследовании статистики
фотоотсчетов и т. п.
Квантовая теория оптических полей развивалась в последние годы Глаубером
(который, в частности, ввел так называемые квантовые корреляционные
функции), Ман-делем, Гордоном, М. Лэксом и др. Значительный вклад внесли
здесь и авторы этой книги - руководитель теоретического отдела
исследовательских лабораторий фирмы "Белл телефон" (США) Дж, Клаудер и
профессор Сиракузского университета (США) Э. Сударшан. Клау-деру, в
