第21章 量子光学基础

量子光学的基础理论与实验研究量子光学是研究光与物质相互作用的一门学科，其基础理论和实验研究对于现代光学和量子物理学的发展起到了重要的推动作用。

量子光学的研究内容涉及到光的粒子性和波动性，以及光与物质之间的相互作用过程。

本文将从量子光学的基础理论和实验研究两个方面进行探讨。

首先，量子光学的基础理论是建立在量子力学的基础上的。

根据量子力学的原理，光可以被看作是由许多个光子组成的，每个光子具有一定的能量和动量。

而光的波动性则可以通过波动方程来描述，即薛定谔方程。

在量子光学中，我们可以通过薛定谔方程来研究光的传播和相互作用过程。

例如，可以利用薛定谔方程来描述光的干涉、衍射和散射等现象。

此外，量子光学还研究了光的量子态和量子测量等问题。

量子光学的基础理论为我们理解光与物质相互作用的机制提供了重要的理论框架。

其次，量子光学的实验研究对于验证理论模型和发展新的应用具有重要的意义。

通过实验研究，我们可以验证理论模型的有效性，并且可以进一步深入探究光与物质相互作用的规律。

例如，通过实验可以观察到光的干涉和衍射现象，验证了波动性的存在。

同时，实验还可以观察到光的量子特性，如光的量子纠缠和量子态的制备等。

此外，量子光学的实验研究还为量子信息和量子计算等领域的发展提供了重要的技术支持。

例如，通过量子光学实验可以实现光的量子纠缠和量子隐形传态等量子信息处理任务。

在量子光学的实验研究中，有一些重要的实验技术和装置被广泛应用。

例如，光的干涉和衍射实验中常用的干涉仪和衍射光栅等装置，可以实现对光的干涉和衍射现象的观察。

此外，光的激光器和光调制器等装置可以实现对光的操控和调制，用于实现光的量子态的制备和控制。

另外，光的单光子探测器和光的量子纠缠装置等技术也被广泛应用于量子光学的实验研究中。

这些实验技术和装置的发展为量子光学的实验研究提供了重要的工具和手段。

总之，量子光学的基础理论和实验研究对于现代光学和量子物理学的发展起到了重要的推动作用。

量子光学的理论和技术量子光学是量子力学在光学领域的应用与发展，其研究对象是光和光与物质相互作用的过程。

量子光学通过量子力学理论描述了光线的本质，即光子。

光子不仅仅是光的粒子性质的象征，还是量子力学体系中物质微观世界的研究对象之一。

本文将介绍量子光学的理论和技术，分别从量子光学的基础、发展历程和应用研究等方面进行探讨。

一、量子光学的基础量子光学的诞生源于量子力学理论，量子力学描述了微观粒子的行为。

光学是一个应用广泛的领域，而在光学中，人们发现现象无法被经典物理学理论解释，这时量子力学引入光的波粒二象性概念解决了这个难题。

按照量子力学的惯例，粒子在该方面的表现是"波浪行为"，同时也表现出微粒子的性质。

光子不仅具有波动性而且具有粒子性，因此表现出波粒二象性。

此外，光子还有Spin自旋，反映了光子的角动量，光子还是其自身以及与其他微观物体相互作用的基本元件。

二、量子光学的发展历程量子光学兴起于二十世纪五六十年代，起初主要是为了解决光与物质相互作用的基本问题，随着理论研究的深入，逐渐形成了一整套完整的理论体系。

量子光学的发展经历了两个时期：早期的单光子量子光学和后来的多光子量子光学。

早期单光子量子光学主要研究了光的单个光子的性质，如光的自由度、量子态、纠缠态等内容。

多光子量子光学则是在单光子量子光学的基础上将光场状态拓为多体量子态，探索了光场的统计性态、非经典光和光场的纠缠等问题。

二十一世纪，量子光学在量子通信、量子计算、量子测量等领域发挥出了重要的作用。

三、量子光学的应用研究1. 量子密钥分发(QKD)量子光学最早应用是在量子通信安全领域中，其中最著名的就是量子密钥分发(QKD)。

在传统的公钥加密技术中，信息发送者需要将密钥通过非加密的信道发送至收到者，由于密钥在传输过程中可能会被劫持窃取，从而导致数据泄露。

而QKD则是利用光子的特殊性质，使信息发送方可以在不暴露密钥的情况下将密钥传输给接收方。

量子光学基础量子光学是研究光与物质相互作用的量子性质的一门学科。

它的发展源于量子力学的兴起，通过量子力学的理论和方法，揭示了光与物质相互作用的微观机制。

量子光学的研究内容包括光的量子特性、光的经典与量子的转换、光与原子、分子和固体之间的相互作用等。

量子光学的研究对象是光子，光子是光的基本单位，也是光的量子。

光子具有波粒二象性，既可以当作波动来描述，也可以当作粒子来描述。

在量子光学中，我们通常用光的频率和波矢来描述光子的特性。

光的频率决定了光的能量，而波矢则决定了光的动量。

量子光学的一个重要研究内容是光的量子特性。

光的量子特性体现在光的产生、传播和检测过程中。

光的产生过程中，光可以通过光的辐射和受激辐射两种方式产生。

光的辐射是指原子或分子自发地发射出光子，而受激辐射是指原子或分子在外界光的作用下发射出光子。

光的传播过程中，光可以表现出干涉和衍射等波动特性，也可以表现出光子统计的特性，如光的强度和光子数的涨落。

光的检测过程中，我们通常使用光电倍增管等光子探测器来探测光子的存在。

光与原子、分子和固体之间的相互作用是量子光学的另一个重要研究内容。

在光与原子的相互作用中，光可以激发原子中的电子跃迁，产生吸收和发射光的现象。

这些现象可用于原子光谱学的研究，可以帮助我们了解原子的能级结构和原子的性质。

在光与分子的相互作用中，光可以激发分子中的振动和转动，产生拉曼散射和红外吸收等现象。

这些现象可用于分析物质的化学成分和结构。

在光与固体的相互作用中，光可以激发固体中的电子和声子，产生各种电磁和声学效应。

这些效应可用于固体物理学和材料科学的研究。

量子光学的研究不仅在基础科学领域有重要意义，也在应用领域有广泛的应用。

在基础科学领域，量子光学的研究有助于揭示光与物质相互作用的微观机制，深化我们对自然界的认识。

在应用领域，量子光学的研究有助于开发新型光学设备和技术。

例如，量子光学的研究为量子计算、量子通信和量子测量等领域提供了理论基础和实验方法。

第十六章 光的干涉一、 选择题【C 】1．(基础训练2)如图16—１所示，平行单色光垂直照射到薄膜上，经上下两表面反射的两束光发生干涉，若薄膜的厚度为ｅ,并且 ｎ1 〈 ｎ2 ＞ n ３，则两束反射光在相遇点的相位差为(A ） 2πn 2e /（ｎ１λ1） （B ）［4πn 1 ( n 2λ1）］ + π（Ｃ) [4πｎ2 ( n １λ1）］ + π (D)4πn ２e /( ｎ1λ1） 解答：根据折射率的大小关系n １ < ｎ２ 〉 n ３,判断，存在半波损失,因此光程差2/2λδ+=e n 2，相位差πλπδλπϕ∆+==en 422。

其中λ为光在真空中的波长，换算成介质1n 中的波长即为11λλn =,所以答案选【C 】。

【Ｄ】2。

(基础训练10）在迈克尔孙干涉仪的一支光路中,放入一片折射率为n 的透明介质薄膜后，测出两束光的光程差的改变量为一个波长λ，则薄膜的厚度是（A) λ／2 (B ） λ/(2n) (C) λ (D) λ/2(1)解答:没有介质的时候光程为2ｄ（空气的折射率为1),玻璃中光程为２，所以光程差22nd d λ∆=-=，所以/2(1)d n λ=- 所以答案选【D 】【Ａ】3.(自测提高3）由两块玻璃片（1 1.75n =）所形成的空气劈型膜，其一端厚度为零，另一端厚度为０。

００2,现用波长为700（9110nm m -=)的单色平行光沿入射角为30 角的方向射在膜的上表面，则形成的干涉条纹数为（Ａ) 27 （B) 40 （C ） 56 (D ） 100 解答:222219222952sin 3027001020.002101 1.75sin 302700101.961022e n n k λδ----=-+⨯=⨯⨯-+⨯=⨯=⨯591.96102870010N --⨯==⨯ (明条纹） 考虑到厚度为52.010e -=⨯处表面上形成的明条纹实际上看不出,故应有2７条条纹.所以答案选【A 】【Ａ】４. （自测提高６）如图１６—2所示，平板玻璃和凸透镜构成牛顿环装置，全部浸入 1.60的液体中，凸透镜可沿'OO 移动，用波长λ=5０0的单色光垂直入射，从上向下观察，看到中心是一个暗斑,此时凸透镜顶点距平板玻璃的距离最少是(A ）156。

高三物理 第二十一章 量子论初步 知识精讲 人教版一. 本周教学内容：第二十一章量子论初步第一节 光电效应第二节 光的波粒二象性第三节 物质波二. 知识要点：1. 了解光电效应，能解释光电效应现象。

掌握光电效应实验的四个规律。

知道光子说，并能解释光电效应。

2. 知道哪些光的现象说明光具有波动性，哪些现象能说明光的粒子性．正确了解光的波粒二象性。

3. 了解物质波。

了解牛顿力学的局限性三. 重点、难点解析：1. 光电效应：如下列图，在光的照射下，从锌板发射电子的现象叫光电效应，发射出的电子叫光电子。

锌板原来不带电，在光子的作用下，锌板内的电子受激而逸出外表，此时锌板带正电。

光电效应的规律是：〔1〕任何一种金属都有一个极限频率。

入射光的频率必须大于极限频率，才能产生光电效应；〔2〕光电子的最大初动能与入射光强度无关，只随入射光频率的增大而增大；〔3〕从入射光照射到光电子发射几乎是瞬时的，一般不超过10－9s ；〔4〕发生光电效应时，光电流的强度与入射光的强度成正比。

“入射光的强度〞指的是单位时间内入射到金属外表单位面积上的光子的总能量。

在入射光频率不变的条件下。

光强正比于单位时间内照射到金属外表上单位面积的光子数。

爱因斯坦提出光子说：在空间传播的光是不连续的，是一份一份的，每—份叫一个光子，每个光子的能量hv E =爱因斯坦光电效应方程为：W h mv m -=ν221，式中W 叫逸出功，是电子脱离某种金属外表引力所做功的最小值。

2. 不可把光当成宏观观念中的波，也不可把光当成宏观观念中的粒子。

大量光子产生的效果往往显示出波动性。

个别光子产生的效果往往显示出粒子性．频率越高的光，粒子性越明显，频率越低的光波动性越明显。

光在传播过程中往往显示出波动性，在与物质作用时往往显示出粒子性。

3. 任何运动的物体，小到根本粒子，大到宏观大体，都有—种波与它对应，波长ph =λ，这种波叫做物质波，也叫德布罗意波。

【典型例题】[例1] 入射光照射到金属外表上发生光电效应，假设入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么〔 〕A. 从光照至金属外表上到光子发射出之间的时间将增加B. 逸出的光电子最大初动能将减小C. 单位时间内从金属外表逸出的光电子数目将减少D. 有可能不发生光电效应答案：C[例2] 在伦琴射线管两极间加6.63×104V 的电压，设从阴极发出的电子的初速度为零，加速到达阳极时具有的动能的10％变为伦琴射线的光子能量，试计算伦琴射线的波长。

第二十一章 量子光学基础一、选择题1、用频率为ν1的单色光照射某一种金属时，测得光电子的最大动能为E K 1；用频率为ν2的单色光照射另一种金属时，测得光电子的最大动能为E K 2．如果E K 1 >E K 2，那么(A) ν1一定大于ν2． (B) ν1一定小于ν2．(C) ν1一定等于ν2． (D) ν1可能大于也可能小于ν2． ［ D ］2、用频率为ν1的单色光照射某种金属时，测得饱和电流为I 1，以频率为ν2的单色光照射该金属时，测得饱和电流为I 2，若I 1> I 2，则(A) ν1 >ν2． (B) ν1 <ν2．(C) ν1 =ν2． (D) ν1与ν2的关系还不能确定． ［ D ］3、已知某单色光照射到一金属表面产生了光电效应，若此金属的逸出电势是U 0 (使电子从金属逸出需作功eU 0)，则此单色光的波长λ 必须满足：(A) λ ≤)/(0eU hc ． (B) λ ≥)/(0eU hc ．(C) λ ≤)/(0hc eU ． (D) λ ≥)/(0hc eU ． ［ A ］4、已知一单色光照射在钠表面上，测得光电子的最大动能是 1.2 eV ，而钠的红限波长是5400Å(A) 5350 Å． (B) 5000 Å．(C) 4350 Å． (D) 3550 Å． ［ D ］5、在均匀磁场B 内放置一极薄的金属片，其红限波长为λ0．今用单色光照射，发现有电子放出，有些放出的电子(质量为m ，电荷的绝对值为e )在垂直于磁场的平面内作半径为R 的圆周运动，那末此照射光光子的能量是：(A) 0λhc ． (B) 0λhcm eRB 2)(2+ ． (C) 0λhc m eRB +． (D) 0λhc eRB 2+． ［ B ］6、一定频率的单色光照射在某种金属上，测出其光电流的曲线如图中实线所示．然后在光强度不变的条件下增大照射光的频率，测出其光电流的曲线如图中虚线所示．满足题意的图是：［ D ］7、用频率为ν 的单色光照射某种金属时，逸出光电子的最大动能为E K ；若改用频率为2ν的单色光照射此种金属时，则逸出光电子的最大动能为：(A) 2 E K ． . （B ） 2h ν - E K ．(C) h ν - E K ． (D) h ν + E K ． ［ D ］8、关于光电效应有下列说法：(1) 任何波长的可见光照射到任何金属表面都能产生光电效应；(2) 若入射光的频率均大于一给定金属的红限，则该金属分别受到不同频率的光照射时，释出的光电子的最大初动能也不同；(3) 若入射光的频率均大于一给定金属的红限，则该金属分别受到不同频率、强度相等的光照射时，单位时间释出的光电子数一定相等；(4) 若入射光的频率均大于一给定金属的红限，则当入射光频率不变而强度增大一倍时，该金属的饱和光电流也增大一倍．其中正确的是(A) (1)，(2)，(3)．(B) (2)，(3)，(4)．(C) (2)，(3)．(D) (2)，(4)．［ D ］9、设用频率为ν1和ν2的两种单色光，先后照射同一种金属均能产生光电效应．已知金属的红限频率为ν0，测得两次照射时的遏止电压|U a2| = 2|U a1|，则这两种单色光的频率有如下关系：(A) ν2 = ν1 -ν0．(B) ν2 = ν1 +ν0．(C) ν2 = 2ν1 -ν0．(D) ν2 = ν1 -2ν0．［ C ］10、在康普顿散射中，如果设反冲电子的速度为光速的60％，则因散射使电子获得的能量是其静止能量的(A) 2倍．(B) 1.5倍．(C) 0.5倍．(D) 0.25倍．［D ］11、当照射光的波长从4000 Å变到3000 Å时，对同一金属，在光电效应实验中测得的遏止电压将：(A) 减小0.56 V．(B) 减小0.34 V．(C) 增大0.165 V．(D) 增大1.035 V．［ D ］(普朗克常量h =6.63×10-34 J·s，基本电荷e =1.60×10-19 C)12、保持光电管上电势差不变，若入射的单色光光强增大，则从阴极逸出的光电子的最大初动能E0和飞到阳极的电子的最大动能E K的变化分别是(A) E0增大，E K增大．(B) E0不变，E K变小．(C) E0增大，E K不变．(D) E0不变，E K不变．［ D ］13、光子能量为0.5 MeV的X射线，入射到某种物质上而发生康普顿散射．若反冲电子的能量为0.1 MeV，则散射光波长的改变量∆λ与入射光波长λ0之比值为(A) 0.20．(B) 0.25．(C) 0.30．(D) 0.35．［ B ］14、用强度为I，波长为λ 的X射线(伦琴射线)分别照射锂(Z = 3)和铁(Z = 26)．若在同一散射角下测得康普顿散射的X射线波长分别为λLi和λFe (λLi，λFe >λ)，它们对应的强度分别为I Li和I Fe，则(A) λLi>λFe，I Li< I Fe(B) λLi=λFe，I Li = I Fe(C) λLi=λFe，I Li.>I Fe(D) λLi<λFe，I Li.>I Fe［ C ］15、以下一些材料的逸出功为铍3.9 eV 钯5.0eV铯1.9 eV 钨4.5 eV今要制造能在可见光(频率范围为3.9×1014 Hz—7.5×1014 Hz)下工作的光电管，在这些材料中应选(A) 钨．(B) 钯．(C) 铯．(D) 铍．［ C ］16、某金属产生光电效应的红限波长为λ0，今以波长为λ (λ <λ0)的单色光照射该金属，金属释放出的电子(质量为m e )的动量大小为(A) λ/h ． (B) 0/λh (C) λλλλ00)(2+hc m e (D) 02λhc m e (E) λλλλ00)(2-hc m e ［ E ］17、光电效应和康普顿效应都包含有电子与光子的相互作用过程．对此，在以下几种理解中，正确的是(A) 两种效应中电子与光子两者组成的系统都服从动量守恒定律和能量守恒定律．(B) 两种效应都相当于电子与光子的弹性碰撞过程．(C) 两种效应都属于电子吸收光子的过程．(D) 光电效应是吸收光子的过程，而康普顿效应则相当于光子和电子的弹性碰撞过程．(E) 康普顿效应是吸收光子的过程，而光电效应则相当于光子和电子的弹性碰撞过程． ［ D ］18、用X 射线照射物质时，可以观察到康普顿效应，即在偏离入射光的各个方向上观察到散射光，这种散射光中(A) 只包含有与入射光波长相同的成分．(B) 既有与入射光波长相同的成分，也有波长变长的成分，波长的变化只与散射方向有关，与散射物质无关．(C) 既有与入射光相同的成分，也有波长变长的成分和波长变短的成分，波长的变化既与散射方向有关，也与散射物质有关．(D) 只包含着波长变长的成分，其波长的变化只与散射物质有关与散射方向无关． ［ B ］19、已知用光照的办法将氢原子基态的电子电离，可用的最长波长的光是 913 Å的紫外光，那么氢原子从各受激态跃迁至基态的赖曼系光谱的波长可表示为：(A) 11913+-=n n λ Å． (B) 11913-+=n n λ Å． (C) 1191322-+=n n λ Å． (D) 191322-=n n λ Å． ［ D ］ 20、要使处于基态的氢原子受激发后能发射赖曼系(由激发态跃迁到基态发射的各谱线组成的谱线系)的最长波长的谱线，至少应向基态氢原子提供的能量是(A) 1.5 eV ． (B) 3.4 eV ．(C) 10.2 eV ． (D) 13.6 eV ． ［ C ］21、根据玻尔的理论，氢原子在n =5轨道上的动量矩与在第一激发态的轨道动量矩之比为(A) 5/4． (B) 5/3．(C) 5/2． (D) 5． ［ C ］22、氢原子光谱的巴耳末线系中谱线最小波长与最大波长之比为(A) 7/9． (B) 5/9．(C) 4/9． (D) 2/9． ［ B ］23、由氢原子理论知，当大量氢原子处于n =3的激发态时，原子跃迁将发出：(A) 一种波长的光． (B) 两种波长的光．(C) 三种波长的光． (D) 连续光谱． ［ C ］24、根据玻尔理论，氢原子中的电子在n =4的轨道上运动的动能与在基态的轨道上运动的动能之比为(A) 1/4．(B) 1/8．(C) 1/16．(D) 1/32．［ C ］25、根据玻尔氢原子理论，氢原子中的电子在第一和第三轨道上运动时速度大小之比v1/ v 3是(A) 1/9．(B) 1/3．(C) 3．(D) 9．［ C ］26、假定氢原子原是静止的，则氢原子从n = 3 的激发状态直接通过辐射跃迁到基态时的反冲速度大约是(A) 4 m/s．(B) 10 m/s ．(C) 100 m/s ．(D) 400 m/s ．［ A ］(氢原子的质量m =1.67×10-27 kg)27、氢原子光谱的巴耳末系中波长最大的谱线用λ1表示，其次波长用λ2表示，则它们的比值λ1/λ2为：(A) 20/27．(B) 9/8．(C) 27/20．(D) 16/9．［ C ］28、按照玻尔理论，电子绕核作圆周运动时，电子的动量矩L的可能值为(A) 任意值．(B) nh，n = 1，2，3，…(C) 2π nh，n = 1，2，3，…(D) nh/(2π)，n = 1，2，3，…［ D ］29、具有下列哪一能量的光子，能被处在n = 2的能级的氢原子吸收？(A) 1.51 eV．(B) 1.89 eV．(C) 2.16 eV．(D) 2.40 eV．［ B ］30、若用里德伯常量R表示氢原子光谱的最短波长，则可写成(A) λmin =1 / R．(B) λmin =2 / R．(C) λmin =3 / R．(D) λmin =4 / R．［ A ］31、已知氢原子从基态激发到某一定态所需能量为10.19 eV，当氢原子从能量为－0.85 eV 的状态跃迁到上述定态时，所发射的光子的能量为(A) 2.56 eV．(B) 3.41 eV．(C) 4.25 eV．(D) 9.95 eV．［ A ］32、要使处于基态的氢原子受激后可辐射出可见光谱线，最少应供给氢原子的能量为(A) 12.09 eV．(B) 10.20 eV．(C) 1.89 eV．(D) 1.51 eV．［ A ］33、在气体放电管中，用能量为12.1 eV的电子去轰击处于基态的氢原子，此时氢原子所能发射的光子的能量只能是(A) 12.1 eV．(B) 10.2 eV．(C) 12.1 eV，10.2 eV和1.9 eV．(D) 12.1 eV，10.2 eV和3.4 eV．[ C ]34、在激光器中利用光学谐振腔(A) 可提高激光束的方向性，而不能提高激光束的单色性．(B) 可提高激光束的单色性，而不能提高激光束的方向性．(C) 可同时提高激光束的方向性和单色性.(D) 既不能提高激光束的方向性也不能提高其单色性．［ C ］35、按照原子的量子理论，原子可以通过自发辐射和受激辐射的方式发光，它们所产生的光的特点是：(A) 两个原子自发辐射的同频率的光是相干的，原子受激辐射的光与入射光是不相干的．(B) 两个原子自发辐射的同频率的光是不相干的，原子受激辐射的光与入射光是相干的．(C) 两个原子自发辐射的同频率的光是不相干的，原子受激辐射的光与入射光是不相干的．(D) 两个原子自发辐射的同频率的光是相干的，原子受激辐射的光与入射光是相干的．［ B ］36、激光全息照相技术主要是利用激光的哪一种优良特性？(A) 亮度高．(B) 方向性好．(C) 相干性好．(D) 抗电磁干扰能力强．［ C ］二、填空题1、某光电管阴极, 对于λ = 4910 Å的入射光，其发射光电子的遏止电压为0.71 V．当入射光的波长为__________________×103Å时，其遏止电压变为1.43 V．( e =1.60×10-19 C，h =6.63×10-34 J·s )答案：3.825、当波长为3000 Å的光照射在某金属表面时，光电子的能量范围从0到4.0×10-19 J．在作上述光电效应实验时遏止电压为|U a| =_______V。

高三物理 第二十一章 量子论初步一、光电效应 光子1．光电效应⑴在光的照射下物体发射电子的现象，叫做光电效应。

右图装置中，用弧光灯照射锌板（弧光灯发出的光中含有紫外线），将有电子从锌板表面飞出，使原来不带电的验电器带正电。

发射出来的电子叫做光电子（区别于加热发出的热电子）。

⑵光电效应的规律。

研究发现，光电效应有以下规律：①极限频率的存在。

各种金属都存在极限频率ν0，只有ν≥ν0才能发生光电效应（与之对应的有极限波长λ0，只有λ≤λ0才能发生光电效应）；②瞬时性。

无论照射光强还是弱，只要超过极限频率，从光照射到有光电子产生，经历的时间不超过10-9s ，几乎是瞬时的。

这两条规律都无法用光的波动性来解释。

2．光子说⑴普朗克的量子理论。

普朗克在研究热辐射（电磁辐射的一种）时发现，只有认为电磁波的发射和接收不是连续的，而是一份一份地进行的，理论计算的结果才跟实验相符。

普朗克把这一份一份的能量叫做一个能量子。

普朗克还指出：每个能量子的能量等于h ν，其中ν是电磁波的频率，h 是一个常量，叫普朗克常量，h=6.63×10-34J s 。

⑵爱因斯坦的光子说。

光的波动说无法解释光电效应。

考虑到光和热辐射一样，也是一种电磁波，于是爱因斯坦把普朗克的量子理论应用到光学研究中来，提出了光子说。

光子说的内容是：光是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子。

光子的能量E 跟光的频率ν成正比：E=h ν。

爱因斯坦利用光子说解释了光电效应。

设每个光子只能被一个电子吸收（一个光子不能被多个电子分开吸收）；每个电子只能吸收一个光子（一个电子不能同时吸收多个光子）。

光电效应的物理过程如下：入射光照到金属上，有些光子被电子吸收，有些没有被电子吸收；吸收了光子的电子（a 、b 、c 、e 、g ）动能增大，将向各个方向运动；有些电子射出金属表面成为光电子（b 、c 、g ），有些没射出（a 、e ）；射出金属表面的电子克服金属中正电荷引力做的功也不相同；只有从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力做的功最少（g ），飞出时动能最大。

量子光学知识点总结一、光的基本性质光是一种电磁波，也可以被看作是一种粒子，光子。

在经典光学中，光可以用波动方程来描述，而在量子光学中，光的性质可以用量子理论来解释。

光的基本性质包括：1. 光的量子特性根据量子理论的描述，光可以被看作是一种由光子组成的粒子。

每个光子具有一定的能量和动量，其能量与频率成正比，动量与波长成反比。

光的能量E和频率v之间的关系由普朗克公式E=hv给出，其中h为普朗克常数。

2. 光的波粒二象性光既可以表现出波动性，也可以表现出粒子性。

这就是光的波粒二象性。

在量子光学中，人们可以利用波动方程和光子的概念来解释光的波动性和粒子性。

这一性质常常可以用来解释光的干涉、衍射和光电效应等现象。

二、光场的量子描述在量子光学中，人们通常用量子态和密度算符来描述光场的量子性质。

光场的量子态可以用准确的数学表达式来描述，其中包括了光子的粒子性和光的波动性。

光场的量子态的基本特性包括：1. 光场的量子态在量子光学中，人们通常用Fock态来描述光场的量子态，Fock态可以用来表示不同光子数的态。

例如，n个光子的Fock态可以表示为|n⟩。

光场的量子态还可以用相干态来描述，相干态是一种特殊的量子态，它具有明显的波动性和相干性。

2. 光场的密度算符在量子光学中，人们通常利用密度算符来描述光场的统计性质。

光场的密度算符可以用来描述不同光子数状态的统计分布，以及不同光子数态之间的相干性质。

光场的密度算符还可以用来描述光场的量子纠缠性质。

三、光场与物质的相互作用在实际的光学系统中，光场经常与物质相互作用，产生各种光谱现象和光学效应。

在量子光学中，人们研究了光场与不同类型的物质之间的相互作用规律，包括原子、分子、准粒子等。

光场与物质的相互作用包括：1. 原子的光谱原子在外加光场的作用下，会发生能级跃迁，从而产生吸收、发射光子的现象。

在量子光学中，人们研究了原子的光谱性质，包括原子吸收、发射光子的发射，原子的谐振腔增强等。