【正文】 玻色—愛因斯坦凝聚（BEC）。對于冷原子而言多普勒效應(yīng)對于譜線寬度的影響被有效抑制，因此可以將泵浦光和探針光更準(zhǔn)確地調(diào)諧在原子共振線附近，以獲得較大的非線性極化。例如：有的研究組已將被冷卻與俘獲的銫原子樣品置于光學(xué)諧振腔內(nèi)，在極低的閾值功率下觀察到了雙穩(wěn)、多穩(wěn)、喇曼光以及量子噪聲壓縮等豐富的非線性量子光學(xué)效應(yīng)。所有這些都表明，激光冷卻與俘獲技術(shù)已為我們提供了一種前所未有的實驗手段，使我們能夠到達并觸及微觀粒子，窺探原子世界，用宏觀手段來驗證量子力學(xué)的基本原理。實驗上已觀察到原子經(jīng)駐波柵或原子鏡產(chǎn)生的布喇格衍射和反射，并因而導(dǎo)致一門新的分支學(xué)科—原子光學(xué)的誕生，包括原子的“幾何光學(xué)”與“波動光學(xué)”。除了基礎(chǔ)研究的意義外，原子光學(xué)可在原子干涉儀、原子平版印刷術(shù)、海森堡顯微鏡、物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究以及納米結(jié)構(gòu)產(chǎn)生等諸多方面獲得廣泛應(yīng)用。腔量子電動力學(xué)（CQED）即以原子與光子在小型諧振腔中的相互作用為研究對象；最初，主要研究工作主要集中在里德堡原子與毫米波的相互作用方面。同時，CQED的概念應(yīng)用到了半導(dǎo)體物理領(lǐng)域，微腔半導(dǎo)體激光的理論基礎(chǔ)就是微腔QED效應(yīng)，在這方面人們已作了大量的理論與實驗工作。CQED的一個突出特點是，光場與原子相互作用后可以形成糾纏態(tài)，這是光場與原子的一種非定域量子態(tài)，這種相關(guān)性可應(yīng)用于量子非破壞性測量（QND）、制備薛定鍔貓態(tài)、驗證Bell不等式等等，還可以利用CQED來制備多于兩個粒子的糾纏態(tài)，比通常的糾纏態(tài)更為有效地用于驗證量子非定域性。與CQED密切相關(guān)的另一個引人注目的領(lǐng)域是量子態(tài)控制與量子計算機的邏輯門。數(shù)年前，在幾平方毫米的芯片上可以集成上百個微激光器；現(xiàn)在，在5”的襯底上可以集成108個微激光器。（4） 量子光學(xué)近期的研究重點近年來量子光學(xué)領(lǐng)域的研究十分活躍，已形成很多研究熱點。② 原子冷卻與俘獲的基礎(chǔ)及應(yīng)用研究③ 原子光學(xué)的基礎(chǔ)研究④ 腔量子電動力學(xué)及其應(yīng)用研究⑤ 光子定域、光子帶隙結(jié)構(gòu)及光子晶體的研究 光量子信息科學(xué)當(dāng)前，信息科學(xué)迅猛發(fā)展，諸如計算機、通信網(wǎng)等一系列經(jīng)典信息系統(tǒng)與技術(shù)日新月異，不斷開拓，其性能(如運算速度、信息容量、檢測精度等)大幅度提高，目前已達到相當(dāng)可觀的水平，有的幾乎接近其經(jīng)典理論極限值。光量子信息理論以及由此可能產(chǎn)生的新技術(shù)便在這種情況下應(yīng)運而生。特別是在1994年，Shor率先提出量子平行算法，并證明一種新穎的量子計算機可以輕而易舉地破譯目前廣泛使用的RSA密碼體系，從而更加有力地刺激了量子計算機和量子密碼術(shù)的飛速發(fā)展。新的光量子信息理論的提出，為信息科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力，其巨大的潛力將可望在下一世紀(jì)得以充分發(fā)揮。而通過減小元件尺寸來提高運算速度，最終要變成單原子器件，于是就必須考慮到微觀的量子效應(yīng)以及由此帶來的影響，然而，作為計算機科學(xué)基石的圖靈理論對此則已經(jīng)無能為力。1994年Shor提出一種基于量子相干性的量子并行算法，并證明量子計算機可以將一類問題從現(xiàn)有的指數(shù)增長的運算變成為多項式增長的運算，這樣，便使運算速度的提高得到突破性進展。這一激動人心的進展引起廣泛關(guān)注，并被認為是計算機研究領(lǐng)域中發(fā)生的一場革命。盡管距研制成真正可以實用的量子計算機還有相當(dāng)大的距離，然而在通往最終成功的道路上尚有許多重要的應(yīng)用可以開發(fā)。（2） 量子密碼術(shù)信息技術(shù)越發(fā)達，信息安全就越發(fā)變成急待解決的問題，尤其是信息網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展，使得國家安全、金融外貿(mào)、軍事情報等諸多方面面臨新的威脅。上述RSA密碼體系，其安全性是基于“大數(shù)因子分解”這樣難以計算的數(shù)學(xué)問題，因此可以說，現(xiàn)有經(jīng)典密鑰體系已受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。其安全性依賴于物理學(xué)基本定律，量子力學(xué)的不確定性原理使任何竊取信息的過程都會因留下痕跡而被發(fā)現(xiàn)，而量子不可隆定理也迫使即便是智能極高的非法者，也無法采用克隆技術(shù)來竊取信息。（3） 量子通信量子通信是借助量子態(tài)作為載體完成信息傳遞的一種新穎的通信方式，它可以使經(jīng)典通信根本無法實現(xiàn)的功能得以實現(xiàn)。量子信道則可以有效地實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮。最近，這種奇特的隱形量子態(tài)傳送已經(jīng)在實驗上得以實現(xiàn)。還有一種新穎的量子通信模式—量子光通信。現(xiàn)有(經(jīng)典)檢測技術(shù)的精度已經(jīng)接近量子噪聲限的水平，可以說，其檢測精度或靈敏度最終受限于量子噪聲，或者說，對于現(xiàn)有檢測技術(shù)量子噪聲是無法突破的界限，是其發(fā)展“不可逾越”的鴻溝。“量子非破壞性測量”就是在這種情況下被提出來的，并已經(jīng)逐漸形成一種非經(jīng)典的檢測技術(shù)。例如，這種量子非破壞性測量已成為其中最關(guān)鍵的技術(shù)。人們期望按照自己的意愿來制備和控制所期望的量子態(tài)，以實現(xiàn)特定的信息功能，這就是所謂量子態(tài)工程。特別是采用腔量子電動力學(xué)與量子測量相結(jié)合的方法，可以實現(xiàn)眾多光場量子態(tài)和原子量子態(tài)的制備，這對量子信息科學(xué)的發(fā)展以及對量子力學(xué)基本原理的研究有著很高的學(xué)術(shù)與應(yīng)用價值。 分子光子學(xué)分子光子學(xué)是以分子或其組合體中光子的產(chǎn)生、傳輸和檢測等為研究對象的一門分支學(xué)科。利用分子設(shè)計，可以組裝并實現(xiàn)具有各種功能和特性的分子組合體，諸如提高對光子的捕獲能力、提高熒光強度、實現(xiàn)對生物功能的模仿等。（1）限域腔（量子阱、量子點等）中電子態(tài)的量子電動力學(xué)限域腔（量子阱、量子點等）中電子態(tài)的量子電動力學(xué)是分子光子學(xué)的理論研究基礎(chǔ)。當(dāng)前，人們得已開展了諸多有意義的研究工作，如：① 制備和組裝有應(yīng)用前景的各種材料、各種構(gòu)型和尺寸的量子限域腔；② 探索由單個限域腔組裝成線狀、平板狀或者塊狀限域腔集合體的耦連機制；③ 對限域腔的量子效應(yīng)（包括限域電子的條件、電子的能級結(jié)構(gòu)及電荷密度分布等）及其應(yīng)用的研究；④ 對限域腔的量子電動力學(xué)效應(yīng)（包括在限域腔之間電子的輸運動力學(xué)過程等）及其應(yīng)用的研究；⑤ 對限域腔光譜學(xué)（包括限域腔的光發(fā)射、光吸收、光電離等光與限域腔的電子的相互作用）及其應(yīng)用的研究。這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)立即引起了科學(xué)界的廣泛關(guān)注。在理論上，人們提出了許多模型解釋增強的機理，但是到目前為止，尚無一種完整的理論能對實驗作出圓滿的解釋。（3） 分子光子學(xué)中的光物理過程的研究研究用于分子光子器件的材料中有關(guān)的光物理過程，對合理選擇有關(guān)的功能分子及合理設(shè)計光子學(xué)器件是十分重要的。另一種過程是，分子體系中的施主被激發(fā)后，將其能量傳遞給受主使其處于激發(fā)態(tài)，隨后發(fā)生弛豫。分子激發(fā)態(tài)和超快過程的研究同樣特別重要，通常采用飛秒時間光譜的方法進行。界面態(tài)對電荷的輸運和復(fù)合有重要的影響，因而也影響了未來光子器件的性能。通常采用表面光電壓技術(shù)、電容—電壓法、小角X射線衍射等方法來研究界面狀況，對于分子光子學(xué)器件還需要發(fā)展新的研究方法。例如，嗜鹽菌中的光敏蛋白（BR），在光作用下有質(zhì)子泵功能，可產(chǎn)生300毫伏的跨膜電位。光誘導(dǎo)的是質(zhì)子泵，可產(chǎn)生800毫伏的跨膜電位。重要的進化步驟是綠色高等植物的產(chǎn)生。這些事實預(yù)示著分子組裝思想在分子光子學(xué)研究中可能發(fā)揮重大作用。(2) 電致發(fā)光器件發(fā)光性能的研究對于電致發(fā)光器件來說，分子組裝體的組成、結(jié)構(gòu)及排布對發(fā)光特性均有很大影響。(3) 有機微腔發(fā)光器件 微腔有明顯的致使器件發(fā)光增強和譜線變窄的作用。深入研究微腔結(jié)構(gòu)與設(shè)計，能進一步改善這些性能。電注入激光發(fā)射成為當(dāng)前被廣泛關(guān)注的研究課題。所謂近場是指光源（或光欄）的尺寸以及光源與被測物的距離遠小于光的波長，此時光束的大小不再受光的衍射效應(yīng)的影響，而主要由光源（或光欄）的直徑大小來決定。光纖技術(shù)的發(fā)展，又提供了可以小到10納米以下的輸出光束。為促使分子光子學(xué)的研究與發(fā)展，為分子光子學(xué)器件的設(shè)計與工藝提供了新的依據(jù)。顯然，它適宜于研究用分子自組裝、分子沉積成膜以及LB技術(shù)制備的光子學(xué)材料的光學(xué)特性。 分子光子學(xué)近期的研究重點(1) 對限域腔（量子阱、量子點等）中諸多重要的量子電動力學(xué)效應(yīng)及其應(yīng)用進行深入研究 如研究各種有重要意義的量子限域腔的制備與組裝、各種限域腔集合體的耦連機制、限域腔的量子效應(yīng)與光譜學(xué)效應(yīng)及其重要應(yīng)用等；(2) 對有機/無機界面輸運光量子增強效應(yīng)的機制進行深入研究 研究光量子增強的規(guī)律性、有機分子與納米粒子的組裝體結(jié)構(gòu)對增強效應(yīng)的影響、粗糙納米表面對有機分子光譜的增強規(guī)律性等；(3) 深入研究分子光子學(xué)器件和材料中的重要光物理過程 如研究激發(fā)態(tài)及其弛豫過程、光場作用下分子的光致異構(gòu)與取向過程以及層間界面的形成及其對光電荷輸運的影響問題等。 超快光子學(xué)實際上，超快光子學(xué)研究領(lǐng)域是由超短激光脈沖技術(shù)開辟的。到了八十年代，激光碰撞鎖模技術(shù)的開拓，又把激光脈沖的寬度壓縮到了飛秒(fs，1015秒)，就是說,在這個脈沖時間里，光子在空間只運行了亞微米的距離。同時，脈沖的壓縮與放大必然導(dǎo)致峰值功率的大幅度提高，以至能夠獲得峰值功率密度達1018～1020W/cm2量級的光脈沖,其相應(yīng)強度已達到并大于原子內(nèi)的庫侖場強。光孤子的形成與傳輸、啁啾光脈沖的壓縮、展寬與放大等等，一個個重要課題不斷地吸引人們?nèi)パ芯亢蛻?yīng)用。超快光子學(xué)器件的研究狀況(1) 飛秒激光脈沖產(chǎn)生的四類器件 目前已有四類激光器可用于產(chǎn)生飛秒激光脈沖,即： A 飛秒脈沖染料激光器 可借助碰撞鎖模方式獲得飛秒級超短激光脈沖。多量子阱半導(dǎo)體具有高增益、寬譜帶、低色散以及強的非線性增益飽和與非?？斓幕謴?fù)時間等優(yōu)異特性，因此能輕易獲得高重復(fù)頻率的飛秒激光脈沖，并將碰撞鎖模、吸收與增益飽和、色散補償?shù)染阌谝簧?，使器件小巧實用? D 飛秒光纖激光器 近年來，以摻稀土元素的SiO2光纖基質(zhì)為增益介質(zhì)已研制出各種光纖激光器，再進一步通過主動、被動鎖?；蚪柚饫w所具有的獨特的孤子效應(yīng)，即可使之處于脈沖運轉(zhuǎn)狀態(tài)，產(chǎn)生飛秒激光脈沖。上述四種飛秒激光已基本覆蓋了從紫外到中紅外的波長范圍，飛秒激光脈沖寬度可達7fs。近年，發(fā)展了啁啾放大技術(shù)，在鈦寶石激光器中已獲得峰值功率達1013W的結(jié)果。為了提高峰值功率，發(fā)展了飛秒激光放大技術(shù)。 超快光子學(xué)中的超快過程與超快技術(shù) 飛秒激光的發(fā)展與超快過程的探測息息相關(guān)，它為我們提供了一種時間分辨率高達1015秒的光探針，使得我們有可能了解原子、分子的結(jié)構(gòu)及其超快運動過程。因此可以說，獲得的激光脈沖寬度越窄，能促使我們研究物質(zhì)微觀世界的層次也就越深。　　目前，對超快過程的研究表現(xiàn)最為活躍的方面有：(1) 飛秒半導(dǎo)體物理 利用飛秒激光脈沖的泵浦—探測技術(shù)，測量半導(dǎo)體材料中的載流子壽命、弛豫時間等物理參數(shù)以及各種動力學(xué)過程，一直是超快光子學(xué)的主要應(yīng)用課題之一。近年來發(fā)展起來的超連續(xù)飛秒激光與平臺光譜超連續(xù)飛秒激光，被認為是進行飛秒化學(xué)研究的最為有力的工具。在這種循環(huán)中，一些環(huán)節(jié)是超快過程。(4) 飛秒光電子技術(shù) 由飛秒激光引發(fā)的超短光脈沖和光電導(dǎo)可以產(chǎn)生飛秒量級的電脈沖，它比用常規(guī)電子技術(shù)產(chǎn)生的電脈沖在寬度上要短數(shù)個量級。(5) 飛秒光譜全息技術(shù) 不同于常規(guī)的全息術(shù),這種飛秒光譜全息是在時域中實現(xiàn)光脈沖信號的記錄、處理和再現(xiàn)。這一成果將對光學(xué)信息處理及全息技術(shù)產(chǎn)生重大影響。近來,以超短光脈沖技術(shù)為核心的時間分辨方法,被證明是一種實現(xiàn)高散射介質(zhì)中物體成象的有效途徑。時間分辨率取決于入射脈沖的寬度，采用飛秒光脈沖時，其時間分辨率將達到1015秒量級。如此高的場強足以在幾十到幾百飛秒時間里，能夠?qū)⒃说膸缀跛须娮觿冸x，使其處于高剝離態(tài)。在這樣的極端條件下，電子、原子、離子、等離子體的結(jié)構(gòu)狀態(tài)等表現(xiàn)出許許多多奇特的物理現(xiàn)象與新的運動規(guī)律，而且在其后還將孕育著諸多重大科學(xué)技術(shù)的新突破。這一效應(yīng)在物理、化學(xué)、大氣放電等方面有極為重要的應(yīng)用。例如已獲得165次諧波,對應(yīng)的波長短至4nm～5nm,即相當(dāng)于軟X射線波段。因此,高次諧波效應(yīng)為實現(xiàn)飛秒X波段的相干輻射提供了一個新的途徑。由于它具有很小的尺寸和飛秒的持續(xù)時間，因此為凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)動力學(xué)等方面的研究提供了快速時間分辨手段，并將大大推動醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)和材料科學(xué)的發(fā)展。(5) 等離子體波與等離子體加速器 利用飛秒強激光產(chǎn)生的等離子波對粒子加速，被加速的粒子可能達到的場強,從理論上講,要比現(xiàn)有加速器的場強高出103～104倍。因此，利用飛秒強激光產(chǎn)生的等離子波來實現(xiàn)高能、超小型的新一代粒子加速器，已成為引人關(guān)注的熱門研究課題。4， 超快光子學(xué)近期的研究重點(1) 半導(dǎo)體量子阱材料做為可飽和吸收體、半導(dǎo)體啁啾鏡做為色散補償?shù)腖D泵浦的飛秒固體激光器的研究(2) 利用光譜增寬、高階色散補償及無象差光學(xué)系統(tǒng)實現(xiàn)10~30飛秒、太瓦激光系統(tǒng)的研究(3) 短于30飛秒的太瓦激光脈沖與物質(zhì)相互作用得研究，如利用高階諧波產(chǎn)生水窗χ射線飛秒激光、利用湯姆遜散射產(chǎn)生硬χ射線飛秒激光以及飛秒太瓦激光脈沖在介質(zhì)中傳輸?shù)腟elftrapping效應(yīng)得研究等。 變頻效應(yīng)的擴展研究 自激光器發(fā)明以來，已發(fā)現(xiàn)了大量的光學(xué)非線性效應(yīng)，特別是各種變頻的研究結(jié)果極大地豐富了新的光子源。當(dāng)前，這方面的研究還繼續(xù)向縱深發(fā)展。CsLiBO3晶體由于其易于生長成較大尺寸而受到重視。 在向中紅外波段擴展的研究中，ZnGePAgGaS2和AgGaSe2等非線性晶體已有產(chǎn)品，可有效地用于中紅外波段的倍頻及OPO變頻器件。利用特別的非對稱周期極化結(jié)構(gòu)，可以同時產(chǎn)生二倍頻與三倍頻，及壓窄或展寬變頻后的光脈沖寬度等。 目前，研究較多的為周期極化LiNbO3(PPLN)、周期極化KTP和周期極化RTA等晶體，它們特別適合于制作3～5μm波段的OPO器件。這些變頻器件的出現(xiàn)將大大推動光譜學(xué)、環(huán)境監(jiān)測以及軍用光電對抗的應(yīng)用。最近的突破性進展是。此外，相干軟X射線在對化學(xué)與材料動力學(xué)過程的研究中以及在X射線光刻等方面也有重要應(yīng)用。一般地，需要運用極強的激光進行操作。這方面的研究極待發(fā)展與開拓。 低維半導(dǎo)體材料中光學(xué)非線性增強效應(yīng)研究 在低維半導(dǎo)體材料中，由于量子限制效應(yīng)導(dǎo)致激發(fā)電子能帶及能態(tài)密度的變化，這將有助于增強各種光學(xué)非線性。 有機光學(xué)非線性材料研究 有機光學(xué)非線性材料也受到人們的廣泛重視，這主要是由于這類材料較之無機非線性材料具有更大的二階與三階非線性系數(shù)。 光纖材料中光學(xué)非線性效應(yīng)的研究 由于光纖的芯徑極小，進入