基于費曼路徑積分的光學相干理論.pdf

1、光學相干對人們認識光的干涉和光的本性有非常重要的作用，本文的主要內容就是利用費曼路徑積分解釋光學相干，從而希望能夠幫助人們更好地認識光的干涉以及光的本性。
　　 費曼路徑積分是量子力學的第三種表達形式，這種形式具有便于直觀理解計算對應的物理本質的優(yōu)點，我們就利用費曼路徑積分的這個優(yōu)點來計算和解釋光的一階、二階和三階相干，然后再將結論推廣到任意階，從而形成所有階的光學相干理論。
　　 在一階干涉中，我們首先利用費曼路徑積分

2、和海森堡不確定性原理解釋了光場的時間相干長度和空間相干長度這兩個概念，然后利用費曼路徑積分計算了兩束獨立光的一階干涉并得到如下結論：當兩束獨立激光疊加時，我們可以在相干時間內觀測到干涉條紋，長收集時間的情況下干涉條紋就消失了：當兩束獨立熱光疊加時，無論是在相干時間內觀察，還是在長時間情況下觀察，都觀測不到一階干涉條紋；當兩個獨立的光子Fock態(tài)疊加時，無論在短時間還是長時間，一階干涉條紋都是無法觀測到的。
　　 在二階干涉中，我

3、們首先利用費曼路徑積分解釋了熱光的雙光子空間和時間聚束效應，然后用改進的邁克爾遜干涉儀和激光觀測到了二階空間亞波長干涉，并基于費曼路徑積分理論成功地解釋了實驗結果。最后我們把這種解釋推廣到其它光源，從而得到了一個對所有光源二階亞波長干涉或者雙光子德布羅意波長實驗都適用的解釋。
　　 在三階干涉中，我們同樣利用費曼路徑積分計算了熱光的三光子空間和時間聚束效應，結果顯示熱光的三階相干函數的峰值與背景之比為6:1，我們的理論計算與馬里

4、蘭大學史硯華教授小組的實驗結果符合得非常好。
　　 在一階、二階和三階干涉的計算和討論的基礎上，我們利用費曼路徑積分討論了任意N(N≥1)階干涉，得出N階干涉是N光子干涉的結果。N光子干涉是指在N階干涉中，疊加的是屬于同一個N光子組的不同的路徑對應的N光子概率幅。因此，狄拉克關于一階干涉的論斷可以推廣到任意階，即在N階干涉中，一個N光子組只跟自己相互干涉，兩個不同的Ⅳ光子組之間不能發(fā)生N階干涉。
　　 兩束獨立光一階干涉