什么是量子光學(xué)的發(fā)展史

眾所周知，光的量子學(xué)說(shuō)最初由A．Einstein于1905年在研究光電效應(yīng)現(xiàn)象時(shí)提出來(lái)的[注：光電效應(yīng)現(xiàn)象包括外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和光電效應(yīng)的逆效應(yīng)等等，愛因斯坦本人則是因?yàn)檠芯客夤怆娦?yīng)現(xiàn)象并從理論上對(duì)其做出了正確的量子解釋而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；這是量子光學(xué)發(fā)展史中的第一個(gè)重大轉(zhuǎn)折性歷史事件，同時(shí)又是量子光學(xué)發(fā)展史上的第一個(gè)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。盡管愛因斯坦終生對(duì)科學(xué)的貢獻(xiàn)是多方面的（例如，他曾建立狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論等等），但他本人卻只獲得這唯一的一次諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)]。
光量子學(xué)說(shuō)的提出，成功的解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，促進(jìn)光電檢測(cè)理論、光電檢測(cè)技術(shù)與光電檢測(cè)器件等學(xué)科領(lǐng)域的飛速發(fā)展；因此，從這個(gè)意義上說(shuō)，愛因斯坦為光電檢測(cè)理論之父。不僅如此，光量子學(xué)說(shuō)提出最終導(dǎo)致了量子光學(xué)的建立，因此說(shuō)它是量子光學(xué)發(fā)展的源頭和起點(diǎn)；從這個(gè)意義上說(shuō)，愛因斯坦為量子光學(xué)的先驅(qū)和創(chuàng)始人。尤為重要的是，愛因斯坦在其光量子學(xué)說(shuō)中所提出有關(guān)光量子這一概念，幾經(jīng)發(fā)展形成了光子這一概念，最終導(dǎo)致光子學(xué)理論建立，并由此帶動(dòng)光子技術(shù)、光子工程與光子產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展；可見，光量子學(xué)說(shuō)為光子學(xué)、光子技術(shù)、光子工程和光子產(chǎn)業(yè)的發(fā)端；因此，愛因斯坦是光子學(xué)、光子技術(shù)、光子工程與光子產(chǎn)業(yè)的先導(dǎo)。除此而外，愛因斯坦在研究二能級(jí)系統(tǒng)的黑體輻射問題時(shí)曾提出受激輻射、受激吸收與自發(fā)輻射這三個(gè)概念，并形式的引入愛因斯坦受激輻射系數(shù)、受激吸收系數(shù)與自發(fā)輻射系數(shù)這三個(gè)系數(shù)等等；特別是受激輻射這一概念提出，最終導(dǎo)致激光器的發(fā)明、激光的出現(xiàn)與激光理論的誕生，直至形成當(dāng)今的激光技術(shù)、激光工程與激光產(chǎn)業(yè)；因此愛因斯坦是當(dāng)之無(wú)愧的激光之父和激光理論的先驅(qū)。

理論體系
從1906年到1959年這50多年時(shí)間內(nèi)，有關(guān)光量子理論的研究工作雖然也曾取得過(guò)許多重要成就，其總體發(fā)展而言，仍然比較緩慢的。其最明顯特征就是光的量子理論尚未形成完整理論體系。
諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)
自1960年國(guó)際上誕生第一臺(tái)紅寶石激光器以來(lái)，有關(guān)這一領(lǐng)域的科學(xué)研究工作進(jìn)入到了空前活躍的快
量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)
速發(fā)展時(shí)期。由此，直接導(dǎo)致量子光學(xué)的誕生與發(fā)展[注：是量子光學(xué)發(fā)展史上的一次重大轉(zhuǎn)折，為量子光學(xué)的快速發(fā)展提供重要的實(shí)驗(yàn)技術(shù)保障；同時(shí)，激光器發(fā)明者們也因此獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這是量子光學(xué)發(fā)展史上第2個(gè)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)指出的是，激光器本身屬于量子器件，而絕不是經(jīng)典器件！激光器的行為并不完全遵守經(jīng)典物理學(xué)的理論規(guī)則。

推向深入
真正將量子光學(xué)的理論研究工作引上正軌并推向深入的，是E．T．Jaynes和F．W．Cummings兩人。1963年，E.T.Jaynes和F.W.Cummings兩人提出了表征單模光場(chǎng)與單個(gè)理想二能級(jí)原子單光子相互作用的Jaynes—Cummings模型(以下簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn)J-C模型)，這標(biāo)志著量子光學(xué)的正式誕生。此后，人們圍繞著標(biāo)準(zhǔn)J-C模型及其各種推廣形式做了大量的而且是富有成效的理論與實(shí)驗(yàn)研究工作。
第一個(gè)高潮
隨著研究工作的深入和深化，隨著研究對(duì)象、研究?jī)?nèi)容和研究范圍的拓展，以及隨著研究方法和研究手段的更新與改進(jìn)，今天的量子光學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)出現(xiàn)了一系列全新的、重大突破性進(jìn)展。特別是在1997年，S.Chu,C.C.Tannoudji和W.D.Phillips等人因研究原子的激光冷卻與捕獲而分獲1997年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，從而將量子光學(xué)領(lǐng)域的研究工作推向了第一個(gè)高潮（注：這是量子光學(xué)發(fā)展史上的第3個(gè)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)）。
第二個(gè)高潮
1997年以后，量子光學(xué)領(lǐng)域又出現(xiàn)了許多新的發(fā)展跡象。特別是，在2001年瑞典皇家科學(xué)院決定將2001年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予對(duì)實(shí)現(xiàn)玻色—愛因斯坦凝聚態(tài)而做出杰出貢獻(xiàn)的3位科學(xué)家，從而將量子光學(xué)領(lǐng)域的研究工作推向了第二個(gè)新的高潮（注：這是量子光學(xué)發(fā)展史上的第4個(gè)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)）。
第三個(gè)高潮
到了2005年，瑞典皇家科學(xué)院再次決定將2005年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予對(duì)光學(xué)相干態(tài)和光譜學(xué)研究做出杰出貢獻(xiàn)的3位科學(xué)家。其中，發(fā)現(xiàn)光學(xué)相干態(tài)(即Glouber相干態(tài))、并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步建立起光場(chǎng)相干性的全量子理論的美國(guó)科學(xué)家Glouber他一個(gè)人獲得了本年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金的50%，而另外的兩位科學(xué)家則共享本年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金的另外的50%。這足以說(shuō)明量子光學(xué)研究的重要性、重要地位和重要作用以及國(guó)際科學(xué)界對(duì)量子光學(xué)學(xué)科的重視程度；試想一下，在短短的8年時(shí)間內(nèi)，竟然給量子光學(xué)學(xué)科授了3次諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)！從而，將量子光學(xué)領(lǐng)域的研究工作推向了第三個(gè)新的高潮（注：這是量子光學(xué)發(fā)展史上的第5個(gè)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)）。
要對(duì)量子光學(xué)領(lǐng)域已往的輝煌成就進(jìn)行總結(jié)回顧，并對(duì)當(dāng)前量子光學(xué)領(lǐng)域的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)以及21世紀(jì)量子光學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展方向進(jìn)行分析與展望，以使人們?cè)诮窈笮碌奶剿髦心軌蚴艿叫碌膯l(fā)，并力爭(zhēng)在21世紀(jì)初期取得更大的突破。

學(xué)科成就
光的量子學(xué)說(shuō)最初由A．Einstein于1905年在研究光電效應(yīng)現(xiàn)象時(shí)提出來(lái)的[光電效應(yīng)現(xiàn)象包括外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)與光電效應(yīng)的逆效應(yīng)等等，愛因斯坦則是因?yàn)檠芯客夤怆娦?yīng)現(xiàn)象并從理論上對(duì)其做出了正確的量子解釋而獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；是量子光學(xué)發(fā)展史上的第一個(gè)重大轉(zhuǎn)折性歷史事件，同時(shí)又是量子光學(xué)發(fā)展史上的第一個(gè)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。盡管愛因斯坦終生對(duì)科學(xué)貢獻(xiàn)是多方面的（例如，曾建立了狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論等等），但他本人卻只獲得了這唯一的一次諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

激光之父
必須指出的是，光量子學(xué)說(shuō)的提出，成功的解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，促進(jìn)了光電檢測(cè)理論、光電檢測(cè)技術(shù)和光電檢測(cè)器件等學(xué)科領(lǐng)域的飛速發(fā)展；因此，從這個(gè)意義上講，愛因斯坦是光電檢測(cè)理論之父。不僅如此，光量子學(xué)說(shuō)的提出最終導(dǎo)致了量子光學(xué)的建立，所以說(shuō)它是量子光學(xué)發(fā)展的源頭和起點(diǎn)；因此，從這個(gè)意義上講，愛因斯坦是量子光學(xué)的先驅(qū)和創(chuàng)始人。尤為重要的是，愛因斯坦在其光量子學(xué)說(shuō)中所提出的有關(guān)光量子這一概念，幾經(jīng)發(fā)展形成了當(dāng)今的光子這一概念，最終導(dǎo)致光子學(xué)理論的建立，并由此帶動(dòng)了光子技術(shù)、光子工程和光子產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展；可見，光量子學(xué)說(shuō)是光子學(xué)、光子技術(shù)、光子工程和光子產(chǎn)業(yè)的發(fā)端；因此，從這個(gè)意義上講，愛因斯坦是光子學(xué)、光子技術(shù)、光子工程和光子產(chǎn)業(yè)的先導(dǎo)。除此而外，愛因斯坦在研究二能級(jí)系統(tǒng)的黑體輻射問題時(shí)曾提出了受激輻射、受激吸收和自發(fā)輻射這三個(gè)概念，并形式的引入了愛因斯坦受激輻射系數(shù)、受激吸收系數(shù)和自發(fā)輻射系數(shù)這三個(gè)系數(shù)等等；特別是受激輻射這一概念的提出，最終導(dǎo)致了激光器的發(fā)明、激光的出現(xiàn)和激光理論的誕生，直至形成了當(dāng)今的激光技術(shù)、激光工程和激光產(chǎn)業(yè)；因此，從這個(gè)意義上講，愛因斯坦本人是當(dāng)之無(wú)愧的激光之父和激光理論的先驅(qū)。

理論規(guī)則
從1906年到1959年的這50多年時(shí)間內(nèi)，有關(guān)光的量子理論的研究工作雖然也曾取得過(guò)許多重要成就，但就其總體發(fā)展而言，仍然是比較緩慢的。其最明顯特征就是光的量子理論尚未形成完整的理論體系。
自1960年國(guó)際上誕生第一臺(tái)紅寶石激光器以來(lái)，有關(guān)這一領(lǐng)域的科學(xué)研究工作進(jìn)入到了空前活躍的快速發(fā)展時(shí)期。由此，直接導(dǎo)致了量子光學(xué)的誕生與發(fā)展[注：這是量子光學(xué)發(fā)展史上的一次重大轉(zhuǎn)折，為量子光學(xué)的快速發(fā)展提供了重要的實(shí)驗(yàn)技術(shù)保障；同時(shí)，激光器的發(fā)明者們也因此獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這是量子光學(xué)發(fā)展史上的第2個(gè)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。激光器本身屬于量子器件，激光器的行為并不完全遵守經(jīng)典物理學(xué)的理論規(guī)則。
更大突破
因此，在這種情況下，有必要對(duì)量子光學(xué)領(lǐng)域已往的輝煌成就進(jìn)行總結(jié)回顧，并對(duì)量子光學(xué)領(lǐng)域的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)以及21世紀(jì)量子光學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展方向進(jìn)行分析與展望，以使人們?cè)谛碌奶剿髦心軌蚴艿叫碌膯l(fā)，并力爭(zhēng)在21世紀(jì)初期取得更大的突破。