量子光学基础第三章.pptVIP

* 第二节，相干态，电磁场的相干性质 经典光学干涉实验相应于一阶相关函数的测量， 如考虑杨氏干涉实验， 在光屏上t时r处场是两孔r1和r2处 来的光的叠加，分别对应的时间 为t-s1∕c，和t-s2∕c， 因是球面波有 若 ， 则有 （F） * 第二节，相干态，电磁场的相干性质 在屏上观测到的光强度正比于 将（F）式代入上式，将 放入归一化因子中，有 上式右边前两项是两孔独立存在时，在r处的光强度，第三项为两孔相 干项。互相关函数为复数，取 光的强度 * 第二节，相干态，电磁场的相干性质 干涉条纹出现来自右边第三项cos的振荡。引入归一化相关函数 （称相干度） 完全相干条件 干涉条纹可见度 * 第二节，相干态，电磁场的相干性质 两光强度相等， 干涉条纹最大可见度对应， 这时辐射场称为一阶相干场。 对于光子数态，密度算符 ， 则 ，光子数态是一阶相干场。一阶相干实验显示不出经典与量 子相干理论的区别，杨氏干涉实验用经典电磁波理论和物质波理论解释 结果一样。因为这种干涉属于单光子干涉，对单光子干涉用量子力学的 概率波计算结果和电磁波计数结果一样。 * 第二节，相干态，电磁场的相干性质 4，光子相关测量 长期以来，传统光学研究的干涉现象 是光的一阶相干性，1956年Hanbury Brown 和 Twiss 进行了第一个强度相 干实验，实验原理图如图3所示. 光源S发出的光通过半透半反的 分束器M后分两束，分别由计数器 图3 D1和D2测量，分别对应不同时空信号， 两探测器输出光电信号送到一个符合计数器进行相关测量。其中一路经 过τ时间延迟，这测量是两个不同时空点光强的关联，而不是简单光振 幅关联。在相关器上测量的物理量是 * 第二节，相干态，电磁场的相干性质 是D1，D2测的瞬时光强， 是在响应时间T内它们的平均值。相关器显示是D1，D2两处光强涨落的关联。它涉及是二阶相关函数： 引入二阶相干度 如果一个场， 为二阶相干场。 下面给出几种场的二阶相关函数。 * 第二节，相干态，电磁场的相干性质 对单模场且τ=0， (1),光子数态，有确定的光子数， * 第二节，相干态，电磁场的相干性质 (2),相干态，光子数分布为泊松分布， 相干态为二阶相干场。 (3),热场（混沌态） 表明在热场强度涨落很大，有很高的概率同时测到两光子，称为 光的聚束效应，这是经典光场。 的场具有反聚束效应，它 是一种量子效应，这效应在1976年首先由Kimble等如在原子共振荧光现 象中观测到 。 * 第三节 电磁场的表示 描述电磁场的密度算符可以用数态和相干态展开，由展开方式不同而 引入几种不同的表示：P表示，Q表示，Wigner表示和复P表示。 1,光子数态展开 光子数态形成一个完备正交函数系,密度算符可以用数态展开， 展开系数为复数，在不考虑相位有关问题时，可以简化只考虑对角元 素为 表示在模中有n个光子的概率，对于相干态 * 第三节 电磁场的表示 对于热场 对黑体辐射场平均光子数为Planck分布 2, P表示 相干态是非正交的和超完备的，但相干态形成一个态的全集，密度矩 阵可以用它展开，展开方式不同得到不同表示，取 P（α）为P表示，它具有概率分布含意， * 量子光学基础 第三章，电磁场的量子化 2011-3-19 * * 第三章 电磁场的量子化 第一章我们讲量子力学的基本知识，主要介绍原子系统的量子 化，引入二能级原子模型和Bloch方程，上一章介绍激光的半经典 理论，其中电磁场经典处理，原子系统量子化，半经典理论可以 讨论激光器的增益饱和、频率牵引、模式竞争、Lamb凹陷等问 题，这理论也可以用来讨论非线性光学中Raman散射与四波混频等 现象。但也有许多量