📘 این کتاب که براساس یادداشت‌های درسی آزموده‌شده در کلاس تدوین شده است، یک دوره خودبسنده یک‌ترمی در سطح کارشناسی درباره اپتیک کوانتومی ارائه میدهد. کتاب برای دانشجویان و دیگر خوانندگانی مناسب است که یک درس مقدماتی مکانیک کوانتومی را گذرانده‌اند و با نمادگذاری دیراک و مفهوم درهم‌تنیدگی آشنایی دارند.

⚛️ مباحث کتاب شامل کوانتش کانونی، نوسانگر هماهنگ، نوسان‌های خلأ، حالت‌های فاک، حالت تک‌فوتونی، بررسی کوانتومی تقسیم‌کننده پرتو و تداخل‌سنج، نور کوانتیده چندحالته و حالت‌های همدوس و ناهمدوس است.

📏 اندازه‌شناسی یکی از محورهای اصلی کتاب است و مباحث در نهایت به بررسی نور فشرده و کاربرد آن در رصدخانه موج گرانشی تداخل‌سنج لیزری LIGO میرسند.

🔬 کتاب همچنین حد هایزنبرگ و حالت‌های NOON را معرفی میکند و کاربرد آن‌ها را در فوق‌حساسیت، فوق‌تفکیک‌پذیری و لیتوگرافی کوانتومی بررسی میکند.

🧩 کاربردهای درهم‌تنیدگی و اندازه‌گیری‌های هم‌زمان نیز پوشش داده شده‌اند؛ از جمله تصویربرداری شبح، روشن‌سازی کوانتومی، کالیبراسیون مطلق آشکارسازهای نوری و اندازه‌گیری بدون برهم‌کنش.

🚀 با توجه به نقش محوری اپتیک کوانتومی در آنچه «انقلاب کوانتومی دوم» نامیده میشود، این کتاب با تمرین‌های فراوان و مثال‌های حل‌شده، دانشجویان را به‌خوبی برای ورود به تحصیلات تکمیلی یا صنعت آماده میکند.

📖 فهرست مطالب

فصل ۱. کوانتش کانونی

فصل ۲. نوسانگر هماهنگ کوانتومی

فصل ۳. کوانتش کانونی نور

فصل ۴. حالت‌های فاک و خلأ

فصل ۵. حالت تک‌فوتونی

فصل ۶. تک‌فوتون روی تقسیم‌کننده پرتو

فصل ۷. تک‌فوتون در تداخل‌سنج

فصل ۸. درهم‌تنیدگی

فصل ۹. تابش کوانتیده چندحالته

فصل ۱۰. حالت همدوس

فصل ۱۱. حالت همدوس روی تقسیم‌کننده پرتو

فصل ۱۲. حالت ناهمدوس

فصل ۱۳. آشکارسازی هموداین و هتروداین

فصل ۱۴. حالت همدوس در تداخل‌سنج

فصل ۱۵. نور فشرده

فصل ۱۶. نور فشرده در تداخل‌سنج

فصل ۱۷. حد هایزنبرگ

فصل ۱۸. تصویربرداری کوانتومی

فصل ۱۹. برهم‌کنش نور و ماده

فصل ۲۰. ساعت اتمی

فصل ۲۱. سرمایش و به‌دام‌اندازی اتم‌ها

مطالعه بیشتر

پیوست ۱. استخراج جابه‌جایی لامب

پیوست ۲. استخراج فرمول کازیمیر

پیوست ۳. استخراج ثابت نرمال‌سازی در بسته موج تک‌فوتونی

پیوست ۴. استخراج قانون توزیع پلانک

👤 درباره نویسنده

🎓 ری لاپیر در دانشگاه دالهاوزی کانادا تحصیل کرد و در سال ۱۹۹۲ مدرک کارشناسی فیزیک خود را دریافت کرد. او سپس در گروه فیزیک مهندسی دانشگاه مک‌مستر کانادا، مدرک کارشناسی ارشد مهندسی را در سال ۱۹۹۴ و مدرک دکتری را در سال ۱۹۹۷ دریافت کرد.

🔬 پژوهش‌های تحصیلات تکمیلی او بر توسعه رشد هم‌بافته پرتو مولکولی Molecular Beam Epitaxy برای آلیاژهای نیمه‌رسانای مرکب مورد استفاده در دیودهای لیزری مخابراتی متمرکز بود.

💡 پس از پایان تحصیلاتش در سال ۱۹۹۷، به شرکت JDS Uniphase در کانادا پیوست و روی توسعه پوشش‌های دی‌الکتریک برای تجهیزات Wavelength Division Multiplexing کار کرد.

🏫 او در سال ۲۰۰۴ دوباره به دانشگاه مک‌مستر بازگشت و به‌عنوان استادیار در گروه فیزیک مهندسی فعالیت خود را آغاز کرد. لاپیر اکنون استاد این گروه است.

🧪 حوزه‌های پژوهشی او شامل نانوسیم‌های III-V، رشد هم‌بافته پرتو مولکولی و کاربردهای آن‌ها در فتوولتائیک، آشکارسازهای نوری و پردازش اطلاعات کوانتومی است.

This book, based on classroom-tested lecture notes, provides a self-contained one semester undergraduate course on quantum optics, accessible to students (and other readers) who have completed an introductory quantum mechanics course and are familiar with Dirac notation and the concept of entanglement. The book covers canonical quantization, the harmonic oscillator, vacuum fluctuations, Fock states, the single photon state, quantum optical treatment of the beam splitter and the interferometer, multimode quantized light, and coherent and incoherent states. Metrology is a particular area of emphasis, with the book culminating in a treatment of squeezed light and its use in the laser interferometer gravitational-wave observatory (LIGO). The Heisenberg limit is described, along with NOON states and their application in super-sensitivity, super-resolution and quantum lithography. Applications of entanglement and coincidence measurements are described including ghost imaging, quantum illumination, absolute photodetector calibration, and interaction-free measurement. With quantum optics playing a central role in the so-called “second quantum revolution,” this book, equipped with plenty of exercises and worked examples, will leave students well prepared to enter graduate study or industry.

Table of Contents

Chapter 1: Canonical Quantization

Chapter 2: Quantum Harmonic Oscillator

Chapter 3: Canonical Quantization of Light

Chapter 4: Fock States and the Vacuum

Chapter 5: Single Photon State

Chapter 6: Single Photon on a Beam Splitter

Chapter 7: Single Photon in an Interferometer

Chapter 8: Entanglement

Chapter 9: Multimode Quantized Radiation

Chapter 10: Coherent State

Chapter 11: Coherent State on a Beam Splitter

Chapter 12: Incoherent State

Chapter 13: Homodyne and Heterodyne Detection

Chapter 14: Coherent State in an Interferometer

Chapter 15: Squeezed Light

Chapter 16: Squeezed Light in an Interferometer

Chapter 17: Heisenberg Limit

Chapter 18: Quantum Imaging

Chapter 19: Light-Matter Interaction

Chapter 20: Atomic Clock

Chapter 21: Atom Cooling and Trapping Further Reading

Appendix 1: Derivation of Lamb Shift

Appendix 2: Derivation of Casimir Formula

Appendix 3: Derivation of Normalization Constant in Single Photor Wave packet

Appendix 4: Derivation of Planck's Distribution Law

About the Author

Ray LaPierre attended Dalhousie University, Canada, where he obtained a B.Sc. degree in Physics in 1992. He then completed his M.Eng. degree in 1994 and Ph.D. degree in 1997 in the Engineering Physics Department at McMaster University, Canada. His graduate work involved development of molecular beam epitaxy of compound semiconductor alloys for laser diodes in telecom applications. Upon completion of his graduate work in 1997, he joined JDS Uniphase, Canada, where he developed dielectric coatings for wavelength division multiplexing devices. In 2004, he rejoined McMaster University as an Assistant Professor in the Engineering Physics Department. He is currently Professor in the Engineering Physics Department at McMaster with interests in III-V nanowires, molecular beam epitaxy, and applications in photovoltaics, photodetectors and quantum information processing.