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双光子干涉相关研究

江国进  
【摘要】: 干涉是相干性的一种表现形式。机械波与电磁波的干涉现象已为人们所熟知。但量子世界中的干涉,她的神秘面纱仍未被彻底揭开。双光子干涉是量子光场二阶干涉中的一种,更是有许多未解之谜。对光子干涉现象,Dirac曾作出过著名的论断,“光子只能与自己发生干涉,不同光子间不能发生干涉”。为此,双光子干涉一度被认为不可能发生。现在争论的焦点是对双光子干涉的理解。一种观点认为双光子干涉是分别描述两个光子的波函数重叠不可区分导致的,而另一种观点认为是描述两个光子整体状态的波函数不可区分导致的。本文支持后一种观点,认为双光子干涉体现的是两光子作为整体、原则上不可区分的各种可能状态间的相干性。本文设计了一个双光子二阶干涉的实验方案来来论述这一观点。 本文的主要内容为: 第一章中介绍了光场的基本理论。 第二章是双光子干涉实验中常用到的基本器件与常用测量手段。 第三章首先回顾了有代表性的三种类型的双光子干涉实验:Hong-Ou-Mandel型、Franson型以及同路径型双光子干涉实验,同时利用整体态观点对双光子干涉进行分析;接着介绍了我们设计的双光子干涉实验方案:在不擦除极化可区分信息的条件下,实现极化方向垂直的两个光子的双光子干涉;最后是作者对双光子干涉的一些理解。 第四章,将双光子Hong-Ou-Mandel干涉(HOM干涉)结果进行推广,讨论了粒子数态描述的光场入射分束器的广义HOM干涉。


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