量子光学：光的产生、传输与相互作用的研究

量子光学（quantum optics）是应用辐射的量子理论研究光辐射的产生、相干统计性质、传输、检测以及光与物质相互作用中的基础物理问题的一门学科。量子光学一词是在有了激光后才提出来的。

量子光学以辐射的量子理论研究光的产生、传输、检测及光与物质相互作用的学科。到了19世纪，特别在光的电磁理论建立后，在解释光的反射、折射、干涉、衍射和偏振等与光的传播有关的现象时，光的波动理论取得了完全的成功（见波动光学）。19世纪末与20世纪初发现了黑体辐射规律和光电效应等另一类光学现象，在解释这些涉及光的产生及光与物质相互作用现象时，旧的波动理论遇到无法克服的困难。1900年，M.普朗克为解决黑体辐射规律问题提出能量子假设，并得到黑体辐射的普朗克公式，很好地解释黑体辐射规律（见普朗克假设）。

光子假设：

1905年，A.阿尔伯特·爱因斯坦提出光子假设，成功地解释光电效应。阿尔伯特·爱因斯坦认为光子不仅仅具有能量，而且与普通实物粒子一样具有质量与动量。1923年，A.H.康普顿利用光子和自由电子的弹性碰撞过程解释了X射线的散射实验。与此同时，各种光谱仪的普遍使用促进光谱学的发展，通过原子光谱来探索原子内部的结构及其发光机制导致量子力学的建立。(www.xing528.com)

所有这一切为量子光学奠定了基础。20世纪60年代激光的问世大大地推动了量子光学的发展，在激光理论中建立了半经典理论和全量子理论。半经典理论将物质看成是遵守量子力学规律的粒子集合体，而激光光场则遵守经典麦克斯韦电磁方程组。在全量子理论里，把激光场看成是量子化的光子群，这种理论体系能对辐射场的量子涨落现象及涉及激光与物质相互作用的各种现象给予严格又全面的描述。对激光的产生机理，包括对自发辐射和受激辐射更详细的研究，对激光的传输、检测与统计性等的研究是量子光学主要研究课题。

必须指出的是，光量子学说的提出，成功地解释了光电效应现象的实验结果，促进了光电检测理论、光电检测技术和光电检测器件等学科领域的飞速发展；因此，从这个意义上讲，爱因斯坦是光电检测理论之父。不仅如此，光量子学说的提出最终导致了量子光学的建立，所以说它是量子光学发展的源头和起点；因此，从这个意义上讲，爱因斯坦是量子光学的先驱和创始人。尤为重要的是，爱因斯坦在其光量子学说中所提出的有关光量子这一概念，几经发展形成了当今的光子这一概念，最终导致光子学理论的建立，并由此带动了光子技术、光子工程和光子产业的迅猛发展；可见，光量子学说是光子学、光子技术、光子工程和光子产业的发端；因此，从这个意义上讲，爱因斯坦是光子学、光子技术、光子工程和光子产业的先导。除此而外，爱因斯坦在研究二能级系统的黑体辐射问题时曾提出了受激辐射、受激吸收和自发辐射这三个概念，并正式地引入了爱因斯坦受激辐射系数、受激吸收系数和自发辐射系数这三个系数等；特别是受激辐射这一概念的提出，最终导致了激光器的发明、激光的出现和激光理论的诞生，直至形成了当今的激光技术、激光工程和激光产业。因此，从这个意义上讲，爱因斯坦本人是当之无愧的激光之父和激光理论的先驱。