光学干涉仪中宏观物体量子行为的理论研究

【摘要】：随着引力波探测精度的提高,及研究宏观物体量子行为的需要,从量子层面分析光学干涉仪成为了必要。本文研究了Michelson干涉仪和Sagnac干涉仪中光子与干涉仪活动镜面间的光力耦合作用,确定光子中含有了有关宏观镜面运动的信息,并且分别在薛定谔绘景和海森堡绘景中分析了活动镜面及整个干涉仪系统更细致的量子行为。 在薛定谔绘景中对Michelson光路的计算给出,探测到的光子可以反映镜面的量子行为。在亮端和暗端探测到的光子时,给出镜面不同的叠加态(对应单活动镜面)或纠缠态(对应双活动镜面)。由于单光子经过分光镜后的非定域性,光子与镜面相互作用后,镜面的两个叠加态或纠缠态之间也存在着非定域性。定量分析这一系统特性,在亮端暗端两个输出端加入零拍测量,取适当光路参量,输出信号的关联函数可违背CHSH不等式,从而确定系统存在着非定域性。 类似地,在薛定谔绘景中计算Sagnac光路。在此光路中,光子沿相反方向经过同一光路,在不同时刻遇到活动镜面。这样,测量到达亮端或暗端的光子,给出不同时间的镜面态的叠加(对应单活动镜面)或纠缠(对应双活动镜面)。 海森堡绘景中的计算给出,调节Sagnac干涉仪中不同的光路参数,可以使其或成为携带活动镜面位置信息的位置仪,或成为携带镜面动量信息的速度仪。反之,Michelson干涉仪的输出信号中同时包含了活动镜面位置和动量信息。当采用单光子光源时,Sagnac干涉仪的输出端信号完全由活动镜面位置与动量对易关系给出。因此,在技术条件允许的情况,Sagnac干涉仪可以用来检验宏观镜面的位置动量对易关系。