《基於費曼路徑積分的光的二階干涉理論及實驗研究》是依託西安交通大學，由劉建彬擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於費曼路徑積分的光的二階干涉理論及實驗研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉建彬
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
研究光的干涉對理解光的本質有重要意義。干涉分為一階、二階和高階干涉，其中二階干涉作為最簡單的高階干涉，是研究高階干涉的理想對象。目前熱光二階干涉的理論主要有經典強度漲落關聯理論和基於波動力學的量子相干理論，這兩種理論對理解二階干涉都有很大的幫助，但是目前這兩種理論對熱光二階干涉的物理機制還存在較為激烈的爭論。本項目將利用費曼路徑積分來研究二階干涉，目的是藉助費曼路徑積分具有的簡單直觀的優勢更好地理解二階干涉，探討現有的兩種不同理論之間的關係。通過對兩束獨立光在Hong-Ou-Mandel干涉儀中的二階干涉進行理論和實驗研究，提出一個基於費曼路徑積分的二階干涉理論並利用這個理論解釋Hong-Ou-Mandel干涉儀中反關聯的物理機制，這些研究對於人們認識二階干涉具有重要的理論意義和實際價值，同時也為通過干涉認識光的本質提供一定的理論與實驗依據。
結題摘要
光的二階和高階干涉不僅在現代量子光學基礎研究領域有重要的意義，在量子通信、量子成像以及量子計算等方面也有重要的套用。本項目利用費曼路徑積分理論解釋光的二階干涉，幫助人們認識二階干涉背後的物理，從而進一步認識光子的本質。 我們從理論和實驗上系統地研究了兩束獨立經典光在Hong-Ou-Mandel干涉儀中的二階干涉現象，如兩束獨立熱光、兩束獨立雷射、一束雷射和一束熱光等，發現在這些系統中均可以觀測到反關聯現象。另外我們也從理論上研究了經典光和非經典光在非對稱分束器組成的Hong-Ou-Mandel干涉儀中的二階干涉。通過研究我們發現：能否發生二階干涉與光子究竟從哪種光源發出無關，關鍵是光源發出的光子到達探測器的雙光子路徑是否可分。如果可分，則沒有二階干涉條紋；如果不可分，則有二階干涉條紋。雖然有無二階干涉與光源種類無關，但是二階干涉條紋的可見度與光源的類型有關，如兩束獨立經典光的二階干涉條紋可見度最高不能超過50%，當兩個獨立的單光子源發出的光子進行二階干涉的時候，二階干涉條紋的可見度可以達到100%。 我們完成了兩台獨立He-Ne雷射器發出的光的二階時間干涉實驗，同時也研究了兩台波長可調雷射器發出的雷射的二階干涉條紋隨著雷射頻率差增大的變化規律。根據玻色子和費米子統計特性，發現玻色子的二階干涉條紋可以用來幫助理解費米子的二階干涉現象，費米子的二階干涉條紋與玻色子的二階干涉條紋在相同的干涉儀中是互補的，並利用這個性質研究了費米子鬼成像的相關問題。 在利用費曼路徑積分研究雙光子干涉的過程中我們發現，如果增加雙光子干涉路徑，就有可能提高光的二階相干度。在此基礎上，我們提出了基於毛玻璃、透鏡、小孔等線性光學元器件實現超聚束贗熱光源的方案，並從經典理論和量子理論兩個方面解釋了超聚束效應的來源。我們提出的這種新型超聚束贗熱光源將有利於提高熱光鬼成像的可見度，同時對於人們認識光的二階和高階關聯的本質也有重要的意義。
