奇妙的量子效应之一：孪生子结伴而行
我们知道，当一个光子入射到一块半透半反镜上时，会有一半几率透过去，一半几率被反射。当两个光子分别从半透半反镜的两边入射时，我们很自然地想到，会等几率地出现下列四种情况：(a)两个光子都透过；(b)两个光子都被反射；(c)上边的光子被反射，下边的透射，结果都到上边来；(d)上边的光子透射，下边的被反射，结果都到下边去。
但是，事实上要等几率出现这四种情况，是有条件的，只有当两个光子在能量上可区分（频率不同）或时间上可区分时才成立。当相同频率的两个光子分别从两边同时入射到半透半反镜时，上述四种情况中，只有两个光子走在一起的(c)(d)会发生，两个光子分开走的(a)(b)不会发生。两个光子在到达半透半反镜后，好像粘在一起似的，总是结伴而行。这种现象实际上是一种双光子干涉效应。
本文引用地址： http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=213097
本文标签： 量子 量子效应 奇妙 干涉 双光子 测不准 全同粒子
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揭开量子的面纱
光的样子
谁来讲：Classical lumps and their quantum descendants
中微子为什么要振荡？（下）
中微子为什么要振荡？（上）
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[24] 标题：
发表评论人：[游客]余晓辉 [2010-4-14 9:29:19] ip:113.142.17.*
可以看作是激光效应！当一个光子到达半透镜时，半透境的能态发生变化，在此光子被释放前，另一个光子也到达，此时就形成了受激辐射！即这种双光子行为与激光原理相同。
[23] 标题：
发表评论人：wliming [2009-9-20 1:21:20]
你能说说“同步锁定”的含义吗？
关于激光的位相，其实，是有些说不通的。 一个激光器的激光处于相干态，位相是固定的，另一个激光器也是如此，那么，任意两个同色激光器的位相差就是恒定的，就应该相干，可以发生干涉。为什么还需要同步锁定呢？
博主回复：你对激光的理解是不对的。两个号称一样的激光器，其发射的激光的频率是不可能完全一样的，就是同一个激光在不同时刻发出的激光的频率也是有差别的。所以，没有关联的两个激光相位差是不固定的。
让两激光在时间上同步，是对脉冲激光而言，时间同步是使两者同时发出的脉冲。纳秒、亚纳秒级的脉冲激光的同步，可以采用同一个较高频激光同时泵浦两较低频次级激光的办法。对非常短的脉冲的同步，最好采用我在21楼说的方法。
[22] 标题：
发表评论人：wliming [2009-9-19 23:45:26]
博主回复：这是一个全新的量子干涉现象，要求同步，但不要求位相一致。而且对单个光子来说，它的位相是不可知的。
================================
你前面那么仔细地讲解了相对位相的测量问题，现在你怎么自己也犯这错误啊？ 激光器中的光子处于相干态，位相是全部一样的。
博主回复：因为这两光子不同源的，它们不是同一个激光出来的两光子，只是时间上同步锁定的两光源来的两光子，当然它们之间没有相位相干关系。
[21] 标题：
发表评论人：wliming [2009-9-19 23:26:46]
除非你能肯定是双光子在相干时间内一起到达，你是不能说双光子干涉的。 你讲的这个现象事实上完全可以理解为单光子干涉，正如单光子从一个点光源出来经双缝后再干涉一样。所谓两个激光器同步，就是要把两列光波相位调制到固定位相差。
上贴有语法毛病，请删除。
博主回复：两光子肯定要在其相干时间范围内同时到达，才有干涉。通常实验中是用一个光子通过非线性晶体，产生两个光子，这样这两光子一定能保证同时到达，但光子频率就不相同了。
[20] 标题：
发表评论人：wliming [2009-9-19 19:58:35]
云平先生认为这是双光子干涉，我不敢认同，因为我们无法知道是否有两个光子同时到达半透镜。
博主回复：两个粒子到达时间的差别必须小于相干时间，这样的话我们在原则上都无法知道哪个先到哪个后到，才可能有干涉。
[19] 标题：
发表评论人：wliming [2009-9-19 19:56:17]
这种干涉必须首先让两个激光器同步，也就是位相一致，就像两束光来自于同一个激光器一样。
博主回复：这是一个全新的量子干涉现象，要求同步，但不要求位相一致。而且对单个光子来说，它的位相是不可知的。
[18] 标题：
发表评论人：zhangxp [2009-3-10 1:10:02]
王老师我是个物理民科，很多具体概念不清楚，中学时最喜欢物理，本来高考打算报物理的，但周围人都说学这个不实用，只能当教书匠，后来报了计算机，结果现在成了物理民科哈，不过我的普通物理还是学得不错的，等我看点资料再来请教。
还是问个问题先，相干长度可以用在单光子的两个几率波包这种场合吗？一个光子的两个波包应该理解成频率是完全一样的，这个对不对？
博主回复：张老师太谦虚了，我以为你是学物理的呢，你提的问题还是挺深的，学物理的未必有你想这么深。任何人都不可能什么都懂，所以需要交流。对计算机科学我恐怕更民科。
相干长度既可用于多光子，也可以用于单光子。一个光子的两个波包当然可以理解成频率一样了。但频率一样不足于发生干涉，还要求空间上也是重合的。实际上干涉发生的条件是用任何参量都不足于把两条不同路径区分开。
欢迎你继续讨论。
[17] 标题：
发表评论人：zhangxp [2009-3-9 0:26:18]
我不是说激光，那是个引子。
我是说单光子分成两个波包，这两个波包的相干长度应该是无限长，这个对不对？
博主回复：是不是激光没有关系，相干长度不可能比波包长度长，更不可能无限长。
[16] 标题：
发表评论人：zhangxp [2009-3-8 4:27:00]
激光因为频率一致性好，所以相干长度长，那么单光子分成两个波包，应该频率是一样的吧（？）这样相干长度应该是无限长的，所以如果光子是自己和自己干涉，那就没有相干长度这一说，当说到相干长度的时候，就应该是指不同光子之间的频率一致性。是这样吗？
我觉得单光子的说法是有问题的。
博主回复：激光的相干时间最多等于但不会大于激光脉冲的时间宽度，激光的频率和相干长度也要满足测不准关系。
[15] 标题：
发表评论人：zhangxp [2009-3-5 1:05:12]
其实我不明白的问题是，在薄膜干涉中，光子有两条不同长度的路径，那么应该以哪一条路径来计算光速呢？在提问之后我想通了，只能以其中的一条来计算，但具体是哪一条，要实际测量到光子的时候才能确定。这对不对？
博主回复：好问题，这个看上去简单的问题其实是挺高深的问题。只要在透过后两个不同路径来的波包有重叠，就有干涉，那么在后面的测量无法区分具体走哪条路径。
曾有人用实验测量光子穿过多层膜所需要的时间，结果发现光子的速度超过光速。实际上这个超光速是由于干涉相销对波包不同位置的贡献不同造成的。直接穿过膜的波包的前端是不会跟其他路径来的波包干涉的（因为其他路径远，波包相对延迟)，而其后端就会跟其他波包干涉，如果正好相销的话，波包的尾巴就被截掉了，这样看上去波包运动比光速还快。
我们知道，当一个光子入射到一块半透半反镜上时，会有一半几率透过去，一半几率被反射。当两个光子分别从半透半反镜的两边入射时，我们很自然地想到，会等几率地出现下列四种情况：(a)两个光子都透过；(b)两个光子都被反射；(c)上边的光子被反射，下边的透射，结果都到上边来；(d)上边的光子透射，下边的被反射，结果都到下边去。
但是，事实上要等几率出现这四种情况，是有条件的，只有当两个光子在能量上可区分（频率不同）或时间上可区分时才成立。当相同频率的两个光子分别从两边同时入射到半透半反镜时，上述四种情况中，只有两个光子走在一起的(c)(d)会发生，两个光子分开走的(a)(b)不会发生。两个光子在到达半透半反镜后，好像粘在一起似的，总是结伴而行。这种现象实际上是一种双光子干涉效应。
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本文标签： 量子 量子效应 奇妙 干涉 双光子 测不准 全同粒子
相关文章： 论波函数的实在性
量子力学的诞生
择多函数还没过时,用在量子通信上很合适
物理人生(102)--让基金“量子”铁电
周四讨论班：量子变换理论（李晨晖）
揭开量子的面纱
光的样子
谁来讲：Classical lumps and their quantum descendants
中微子为什么要振荡？（下）
中微子为什么要振荡？（上）
当前推荐数：3 推荐人： llllaa cutefay wliming
[24] 标题：
发表评论人：[游客]余晓辉 [2010-4-14 9:29:19] ip:113.142.17.*
可以看作是激光效应！当一个光子到达半透镜时，半透境的能态发生变化，在此光子被释放前，另一个光子也到达，此时就形成了受激辐射！即这种双光子行为与激光原理相同。
[23] 标题：
发表评论人：wliming [2009-9-20 1:21:20]
你能说说“同步锁定”的含义吗？
关于激光的位相，其实，是有些说不通的。 一个激光器的激光处于相干态，位相是固定的，另一个激光器也是如此，那么，任意两个同色激光器的位相差就是恒定的，就应该相干，可以发生干涉。为什么还需要同步锁定呢？
博主回复：你对激光的理解是不对的。两个号称一样的激光器，其发射的激光的频率是不可能完全一样的，就是同一个激光在不同时刻发出的激光的频率也是有差别的。所以，没有关联的两个激光相位差是不固定的。
让两激光在时间上同步，是对脉冲激光而言，时间同步是使两者同时发出的脉冲。纳秒、亚纳秒级的脉冲激光的同步，可以采用同一个较高频激光同时泵浦两较低频次级激光的办法。对非常短的脉冲的同步，最好采用我在21楼说的方法。
[22] 标题：
发表评论人：wliming [2009-9-19 23:45:26]
博主回复：这是一个全新的量子干涉现象，要求同步，但不要求位相一致。而且对单个光子来说，它的位相是不可知的。
================================
你前面那么仔细地讲解了相对位相的测量问题，现在你怎么自己也犯这错误啊？ 激光器中的光子处于相干态，位相是全部一样的。
博主回复：因为这两光子不同源的，它们不是同一个激光出来的两光子，只是时间上同步锁定的两光源来的两光子，当然它们之间没有相位相干关系。
[21] 标题：
发表评论人：wliming [2009-9-19 23:26:46]
除非你能肯定是双光子在相干时间内一起到达，你是不能说双光子干涉的。 你讲的这个现象事实上完全可以理解为单光子干涉，正如单光子从一个点光源出来经双缝后再干涉一样。所谓两个激光器同步，就是要把两列光波相位调制到固定位相差。
上贴有语法毛病，请删除。
博主回复：两光子肯定要在其相干时间范围内同时到达，才有干涉。通常实验中是用一个光子通过非线性晶体，产生两个光子，这样这两光子一定能保证同时到达，但光子频率就不相同了。
[20] 标题：
发表评论人：wliming [2009-9-19 19:58:35]
云平先生认为这是双光子干涉，我不敢认同，因为我们无法知道是否有两个光子同时到达半透镜。
博主回复：两个粒子到达时间的差别必须小于相干时间，这样的话我们在原则上都无法知道哪个先到哪个后到，才可能有干涉。
[19] 标题：
发表评论人：wliming [2009-9-19 19:56:17]
这种干涉必须首先让两个激光器同步，也就是位相一致，就像两束光来自于同一个激光器一样。
博主回复：这是一个全新的量子干涉现象，要求同步，但不要求位相一致。而且对单个光子来说，它的位相是不可知的。
[18] 标题：
发表评论人：zhangxp [2009-3-10 1:10:02]
王老师我是个物理民科，很多具体概念不清楚，中学时最喜欢物理，本来高考打算报物理的，但周围人都说学这个不实用，只能当教书匠，后来报了计算机，结果现在成了物理民科哈，不过我的普通物理还是学得不错的，等我看点资料再来请教。
还是问个问题先，相干长度可以用在单光子的两个几率波包这种场合吗？一个光子的两个波包应该理解成频率是完全一样的，这个对不对？
博主回复：张老师太谦虚了，我以为你是学物理的呢，你提的问题还是挺深的，学物理的未必有你想这么深。任何人都不可能什么都懂，所以需要交流。对计算机科学我恐怕更民科。
相干长度既可用于多光子，也可以用于单光子。一个光子的两个波包当然可以理解成频率一样了。但频率一样不足于发生干涉，还要求空间上也是重合的。实际上干涉发生的条件是用任何参量都不足于把两条不同路径区分开。
欢迎你继续讨论。
[17] 标题：
发表评论人：zhangxp [2009-3-9 0:26:18]
我不是说激光，那是个引子。
我是说单光子分成两个波包，这两个波包的相干长度应该是无限长，这个对不对？
博主回复：是不是激光没有关系，相干长度不可能比波包长度长，更不可能无限长。
[16] 标题：
发表评论人：zhangxp [2009-3-8 4:27:00]
激光因为频率一致性好，所以相干长度长，那么单光子分成两个波包，应该频率是一样的吧（？）这样相干长度应该是无限长的，所以如果光子是自己和自己干涉，那就没有相干长度这一说，当说到相干长度的时候，就应该是指不同光子之间的频率一致性。是这样吗？
我觉得单光子的说法是有问题的。
博主回复：激光的相干时间最多等于但不会大于激光脉冲的时间宽度，激光的频率和相干长度也要满足测不准关系。
[15] 标题：
发表评论人：zhangxp [2009-3-5 1:05:12]
其实我不明白的问题是，在薄膜干涉中，光子有两条不同长度的路径，那么应该以哪一条路径来计算光速呢？在提问之后我想通了，只能以其中的一条来计算，但具体是哪一条，要实际测量到光子的时候才能确定。这对不对？
博主回复：好问题，这个看上去简单的问题其实是挺高深的问题。只要在透过后两个不同路径来的波包有重叠，就有干涉，那么在后面的测量无法区分具体走哪条路径。
曾有人用实验测量光子穿过多层膜所需要的时间，结果发现光子的速度超过光速。实际上这个超光速是由于干涉相销对波包不同位置的贡献不同造成的。直接穿过膜的波包的前端是不会跟其他路径来的波包干涉的（因为其他路径远，波包相对延迟)，而其后端就会跟其他波包干涉，如果正好相销的话，波包的尾巴就被截掉了，这样看上去波包运动比光速还快。
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