基于費(fèi)曼路徑積分的光學(xué)相干理論.pdf

1、光學(xué)相干對(duì)人們認(rèn)識(shí)光的干涉和光的本性有非常重要的作用，本文的主要內(nèi)容就是利用費(fèi)曼路徑積分解釋光學(xué)相干，從而希望能夠幫助人們更好地認(rèn)識(shí)光的干涉以及光的本性。
　　 費(fèi)曼路徑積分是量子力學(xué)的第三種表達(dá)形式，這種形式具有便于直觀理解計(jì)算對(duì)應(yīng)的物理本質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，我們就利用費(fèi)曼路徑積分的這個(gè)優(yōu)點(diǎn)來(lái)計(jì)算和解釋光的一階、二階和三階相干，然后再將結(jié)論推廣到任意階，從而形成所有階的光學(xué)相干理論。
　　 在一階干涉中，我們首先利用費(fèi)曼路徑積分

2、和海森堡不確定性原理解釋了光場(chǎng)的時(shí)間相干長(zhǎng)度和空間相干長(zhǎng)度這兩個(gè)概念，然后利用費(fèi)曼路徑積分計(jì)算了兩束獨(dú)立光的一階干涉并得到如下結(jié)論：當(dāng)兩束獨(dú)立激光疊加時(shí)，我們可以在相干時(shí)間內(nèi)觀測(cè)到干涉條紋，長(zhǎng)收集時(shí)間的情況下干涉條紋就消失了：當(dāng)兩束獨(dú)立熱光疊加時(shí)，無(wú)論是在相干時(shí)間內(nèi)觀察，還是在長(zhǎng)時(shí)間情況下觀察，都觀測(cè)不到一階干涉條紋；當(dāng)兩個(gè)獨(dú)立的光子Fock態(tài)疊加時(shí)，無(wú)論在短時(shí)間還是長(zhǎng)時(shí)間，一階干涉條紋都是無(wú)法觀測(cè)到的。
　　 在二階干涉中，我

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

4、蘭大學(xué)史硯華教授小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得非常好。
　　 在一階、二階和三階干涉的計(jì)算和討論的基礎(chǔ)上，我們利用費(fèi)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(jié)果。N光子干涉是指在N階干涉中，疊加的是屬于同一個(gè)N光子組的不同的路徑對(duì)應(yīng)的N光子概率幅。因此，狄拉克關(guān)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(gè)N光子組只跟自己相互干涉，兩個(gè)不同的Ⅳ光子組之間不能發(fā)生N階干涉。
　　 兩束獨(dú)立光一階干涉