第三章 光的量子相干性
量子力学知识:量子力学中的量子相干性

量子力学知识:量子力学中的量子相干性在量子力学中,量子相干性是一种非常奇特和神奇的现象。
它是指当量子系统处于一种状态时,它会展现出非常特殊的性质:不同微观系统之间存在的关系和相互作用会导致它们的状态互相影响,这种影响能够表现为一种相干性。
一个非常经典的例子来说明这一点:我们可以想象两个具有相似性质的系统,比如两个原子。
当这两个原子处于一种相同的状态时,它们之间的相互作用和关系会导致它们彼此“知道”对方的状态,并且展现出一种很特别的行为。
换句话说,当我们对一个系统进行操作的时候,它可以影响到另一个系统,这种影响非常关键,也就是我们所说的量子相干性。
在量子计算机中,量子相干性是非常重要的一个概念。
在量子计算机中,我们通常会使用一些量子比特来进行运算和处理。
这些量子比特会处于一些非常特殊的状态,这里我们暂时叫做“量子态”。
当我们对一个量子比特进行操作的时候,这个操作会影响到量子比特处于的这个量子态,从而带来一些非常奇妙的效果。
一个非常直观的例子是量子比特的“叠加态”。
在这种状态下,量子比特会处于两个特定的状态之间。
当我们对这个量子比特进行操作的时候,它会让这两个状态在一定的概率下发生变化。
也就是说,我们可以使用量子相干性来进行一些非常奇妙的操作,比如说量子隐形传态、量子通讯等等。
总结一下,量子相干性是量子力学中一个非常重要的概念。
它是指当量子系统处于一种状态时,它会展现出非常特殊的性质:不同微观系统之间存在的关系和相互作用会导致它们的状态互相影响,这种影响能够表现为一种相干性。
在量子计算机中,量子相干性是非常重要的一个概念,它不仅可以用于进行一些非常奇妙的操作,还可以被用于制造更加先进的量子电子学元件和器件。
光的相干性PPT课件

.
2
3.5.1 光的相干性 (Coherence of light) 影响条纹可见度的最主要因素是用于干涉实验的光 源特性;光源的大小和复色性。
1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性 2.光源非单色性对条纹可见度的影响—光的时间相干性
.
3
1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性
在杨氏干涉实验中,如果采用点光源,则通过于涉 系统将产生清晰的干涉条纹,V = l。如果采用扩展 光源,其干涉条纹可见度将下降。
2
(151)
V 随 的变化曲线如图所示。或者说,对一定的 ,
V 随着k 变化,k 增大,可见度 V 下降:
V 1
0
. 2/
37
2.光源非单色性对条纹可见度的影响—光的时间相干性
当Δk = 0,光源为单色光源时,V = 1; 当0< Δk< 2/Δ时,0 <V<1; 当Δk = 2/Δ时,V = 0。
V
1
0
2 b
.
19
1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性 当光源是扩展光源时,光场平面上具有空间相干性 的各点的范围与光源的大小成反比。
V πbsinπb (141)
.
20
1.光源大小对条纹可见度的影响—光的空间相干性
对于一定的光波长和干涉装置,当光源宽度 b 较大, 且满足
b R d
I0dx 是元光源通过 S1 或 S2 在干涉场上所产生的光
强度; 是元光源发出的光波经 S1 和 S2 到达 P 点
的光程差。
I I1 I2 2I1 I2c o sc o s= I1 I2 + 2 I1 2 (3 )
.
9
第三章 光的量子相干性(1)

Thus, although the experimental determination of the correlation function is made by a time averaging the function is calculated by a statistical average over all values of the field time t and t+.
1 4 2
E t E t e xpi dtd,
*
=t-t
14
The first-order electric-field correlation function
1 * E t E t E t E t dt TT
*
F 1 Re g
0
1
expi d
3900Å 紫
7600Å 红
普通光源是一种非相干光源
4
The characteristics of the emitted light generated by radiative transitions of excited atoms
5
The characteristics can in principle be measured by two different kinds of experiment. Ordinary spectroscopy measures the frequency distribution of the light and thus provides information on the nature and strengths of the line-broadening processes in the source.
《光学》全套课件

Δ
=2en2
(
1 cosγ
sin2 γ) +λ cosγ 2
Δ
=
2en2
c
os
γ
+
λ 2
Δ =2e n22
n12
sin2 i +λ 2
干涉条件
2e
n22
n12
sin2
i
2
k
k 1,2, 加强(明)
( 2k 1 ) 2 k 0,1,2, 减弱(暗)
额外程差的确定 不论入射光的的入射角如何
M1
x
S1S2 平行于 WW '
d
S1
S2
C M2
o
W'
d <<D
D
屏幕上O点在两个虚光源连线的垂直平分线上,屏幕 上明暗条纹中心对O点的偏离 x为:
x =kλ D d
x = 2k +1 λ D 2d
明条纹中心的位置 暗条纹中心的位置
k =0,±1,±2L
2 洛埃镜
E
S1
d
S2
光栏
E
p
p'
Q'
M
L
橙 630nm~590nm 黄 590nm~570nm 绿 570nm~500nm
折射率
n=c = u
εrμr
青 500nm~460nm 蓝 460nm~430nm 紫 430nm~400nm
u = c ,λ = λ0 nn
§1-2 光源 光的相干性
一、光源
1.光源的发光机理 光源的最基本发光单元是分子、原子
§1-3 光程与光程差
干涉现象决定于两束相干光的位相差 两束相干光通过不同的介质时, 位相差不能单纯由几何路程差决定。
物理学中的量子相干性

物理学中的量子相干性量子相干性是物理学中一项重要的概念,描述了量子系统中粒子之间的相互作用和干涉效应。
本文将介绍量子相干性的定义、特性以及在实际应用中的意义。
一、量子相干性的定义和基本特性量子相干性是指在量子体系中存在的相干态,也可以被视为量子力学中的一种相干性。
相干态是指量子系统中粒子之间的波函数存在一定的相位关系,可以同时存在多个量子态。
相干态的特点是波函数的振幅和相位随时间的变化具有确定的关系,而不同波函数之间的幅度和相位可以通过干涉效应相加或相消。
量子相干性的基本特性有以下几个方面:1. 干涉效应:量子相干性的最直观体现是干涉效应。
当两个或多个量子态叠加时,波函数的幅度和相位会相互干涉,形成干涉条纹,可以观察到明暗相间的干涉图案。
2. 叠加态:量子相干性表现为系统可以处于多个量子态的叠加态。
在测量之前,系统处于叠加态的各种可能性之中,测量结果将产生"坍缩",只能得到其中一种可能性。
3. 相位关系:量子相干性中的粒子之间存在一定的相位关系。
相干态的波函数具有确定的相位差,可导致干涉效应的出现。
4. 纠缠态:量子相干性还表现为纠缠态的存在。
纠缠态是指两个或多个粒子之间的量子状态相互关联,测量一个粒子的状态将立即影响其他纠缠粒子的状态。
二、量子相干性的应用意义量子相干性在物理学和量子信息领域具有重要的应用意义,也是量子计算和量子通信等新兴技术的理论基础之一。
1. 量子计算:量子相干性使得量子计算机具备了并行计算的能力。
量子比特可以同时处于多个状态,通过干涉效应和量子纠缠来加速计算过程,大大提高了计算效率。
2. 量子通信:量子相干性在量子通信领域也起着重要的作用。
量子纠缠和量子密钥分发等技术基于量子相干性,可以实现更加安全和高效的通信方式。
3. 量子传感:量子相干性的特性可用于制备高精度的测量仪器,用于微弱信号的探测和测量。
例如,量子相干性可以应用于精密测量和导航等领域。
三、经典相干性与量子相干性的区别在经典物理中,相干性通常指的是光、声波等波动系统中的相位相关性。
量子力学中的相干态与量子相干性

量子力学中的相干态与量子相干性量子力学是描述微观世界的物理学理论,它与经典力学有着根本的区别。
在量子力学中,粒子的性质不再是确定的,而是以概率的形式存在。
相干态与量子相干性是量子力学中的重要概念,它们在量子信息科学、量子计算和量子通信等领域中具有重要的应用。
相干态是指量子系统的量子态,它具有一定的干涉性质。
在经典物理中,相干性是指两个波的振幅和相位之间的关系,而在量子力学中,相干性则是指量子态之间的关系。
相干态可以通过干涉实验进行观测和验证。
例如,双缝干涉实验中,当光通过两个狭缝后,形成的干涉条纹就是相干态的表现。
这种相干态可以描述为两个波函数的叠加态,波函数的相位差决定了干涉条纹的形状和位置。
量子相干性是指量子系统的一种性质,它与量子态的纯度和相位关系密切相关。
在量子力学中,一个系统的量子态可以表示为一个矢量空间中的向量,这个向量的模长代表了系统的纯度,而相位则决定了系统的相干性。
在量子力学中,相干态可以通过量子叠加和量子纠缠来实现。
量子叠加是指将不同的量子态叠加在一起,形成一个新的相干态;而量子纠缠是指两个或多个量子系统之间存在一种特殊的关联,使得它们的量子态无法被分解为各个子系统的态的乘积。
相干态和量子相干性在量子信息科学中具有重要的应用。
在量子计算中,相干态可以用来表示量子比特的信息,通过对相干态的操作和控制,可以实现量子计算的各种操作。
例如,量子门操作是量子计算中的基本操作,它可以通过对相干态的幺正变换来实现。
在量子通信中,相干态可以用来传输和存储量子信息。
相干态的传输和存储需要保持其相干性,这对量子通信的可靠性和安全性至关重要。
除了在量子信息科学中的应用,相干态和量子相干性还在其他领域中有着广泛的应用。
在凝聚态物理中,相干态可以用来描述超导体和超流体等量子相变的性质。
在光学中,相干态可以用来描述光的干涉和衍射现象。
在量子光学中,相干态的产生和控制是实现量子隐形传态和量子密钥分发等量子通信协议的基础。
第一讲(光的相干性及干涉)课件

同一厚度e对应同一级条纹——等厚条纹
明纹: (e) k , k = 1,2,3,… 暗纹: (e) (2k 1) , k = 0,1,2,…
2
明暗纹对应的膜的厚度
k 1
明纹: e
2
2n
暗纹: e k
2n
膜厚度差 相
邻
两
条 纹
条纹中心 间距
L 明纹 暗纹
e
ek ek+1
e ek1 ek 2n
解:光程差改变 ne e
(e, n)
s1 s2
x 条纹移动 N = 4
N O e N
n1
4
n1
4000nm
劳埃德镜实验
直射光光程 nr1
n r1 •
反射光光程
•
2a•
r2
? nr2 2
D
半波损失:光由光疏质射向光密质时,反射波的相位要 发生π的突变,好象损失了半个波长的光程一样。
2
(k= 0, 1, 2, …)
第k个暗环半径 r kR k
明环: 2e 2 r 2 k
2 2R 2
(k= 1, 2, …)
第k个明环半径
r
k 1 R
2
环半径之间关系 rk2m rk2 mR
三、 等厚条纹的应用
1、 劈尖的应用
L 2n
• 测波长:已知θ、n,测L可得λ
2
倾角 i 相同的光线对应同一条干涉条纹—等倾干涉。
等倾干涉条纹特点: • 形状: 一系列同心圆环
• 条纹间隔分布: 内疏外密
• 条纹级次分布: e一定时, k i rk
• 膜厚变化时,条纹的移动: • 波长对条纹的影响:
k一定, e i rk
量子相干性

量子相干性量子相干性是一种物理现象,其中两个或多个事件或系统之间是相关的,即使它们之间距离很远,甚至没有经过任何物理连接也是如此。
量子相干性的基本原理是量子纠缠(也称为量子关联),即两个量子系统的状态受相应的影响,即使它们分离极远。
量子相干性是量子物理学的一个核心概念,它在量子力学的研究中起着重要作用,但它也在量子计算、量子通信和量子信息学中起着关键作用。
量子相干性也被称为量子关联,它是由量子力学研究的内容之一,应用于许多领域,包括计算机处理,通信,以及图像处理等。
量子相干性的发现意味着量子力学不仅可以解释物理世界的行为,而且可以用于构建具有超高效率的量子系统,包括用于量子计算机和量子通信的量子纠缠。
量子相干性可以用来传输信息,确保其完整性,这样可以提供更安全,更稳定的量子通信系统。
此外,量子相干性还可以用来研究量子态中的复杂系统,如物理学中重要的量子力学模型,以及研究量子力学行为的实验。
此外,量子相干性还与量子力学的重要实验有关,如量子隐形技术,它可以实现由被隐藏的量子态组成的图像,它可以利用量子纠缠的特性。
另外,量子相干性还与实验性量子计算有关,它赋予量子计算机处理多个任务同时进行的能力,从而大大提升了量子计算机的效率。
量子相干性还可以用来研究量子物理学协变量,它可以帮助明确在量子力学模型中出现的量子效应,如量子干涉、量子纠缠等。
总而言之,量子相干性是量子物理学中一项重要的概念,它可以用于多种应用,在量子力学的研究中起着重要作用,但也可以被用于量子纠缠,量子计算机,量子通信和量子信息学中,从而使量子技术的发展发挥出巨大的作用。
量子相干性也是量子调控的基础。
通过精心设计的量子操作,可以改变量子系统的特性和性质,例如可以改变量子系统的动量和能量状态,从而使得量子系统的性能更加精准。
量子调控的技术也可以用于控制复杂的量子系统,从而改变和优化它们的行为。
量子调控技术可以用于解决各种量子物理问题,如量子力学逃逸的问题,量子操作的问题,量子通道的问题,量子纠缠的问题,以及量子计算和量子信息传输的问题。
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9
It is important to distinguish between two types of light source The common spectroscopic source is the gas discharge lamp, where the different atoms are excited by an electrical discharge and emit their radiation independently of one another.
1 4 2
E t E t e xpi dtd,
*
=t-t
16
The first-order electric-field correlation function
1 * E t E t E t E t dt TT
ergodic theorem
22
The intensity at frequency ω now becomes
E T
2
4
2
E T E t e xp i d .
*
This function provides the frequency-dependent spectrum of the light as measured by ordinary spectroscopy
21
The result does not of course depend on the time t, and the correlation is a function only of the time delay between the two field values. The averaging procedure accords with the
6
The characteristics of the emitted light generated by radiative transitions of excited atoms
7
The characteristics can in principle be measured by two different kinds of experiment. Ordinary spectroscopy measures the frequency distribution of the light and thus provides information on the nature and strengths of the line-broadening processes in the source.
19
The time averaging can then sample all the electric-field values allowed by the statistical properties of the source with their appropriate relative probabilities, and the result is independent of the magnitude of T.
25
the normalized first-order correlation function
1
g
E t E t
*
E t E t
*
the degree of first-order temporal coherence of the light
5
It is helpful to insert a cavity in theoretical treatments so as to limit the space considered to a finite region.
This is just a theoretical artifice, and the end results of calculations are generally independent of the size, shape, and nature of the cavity assumed.
20
Thus, although the experimental determination of the correlation function is made by a time averaging the function is calculated by a statistical average over all values of the field time t and t+.
*
The period covered by the integration in a practical experiment is of course never infinite, and we replace the range of the integration by a large but finite time T.
18
Its form is determined by the kind of fluctuations produced by the light source. If the statistical properties of the source are stationary, that is, the
It gives the formal relation between the results of spectroscopic experiments and the results of measurements of the time-dependent fluctuation properties of light .
10
The shape of an emission line is determined by the statistical spread in atomic velocities and the random occurrence of collisions. A conventional light source of this kind is called a chaotic source.
17
The first-order electric-field correlation function
E t E t
*
1 T
T
E * t E t dt
The correlation function describes the way in which the value of the electric field at time t affects the probabilities of its various possible values at a later time t+
14
The frequency spectrum of the light at the observation point is determined by the Fourier components of the electric field, defined by
1 it E () E (t )e dt 2
第三章 光的量子相干性
1
多样的光源
2
一. 光的频谱与光的关联
1. 普通光源 自发辐射
普通光源发光的最基本单元是原子和分子,通过 高能级向低能级自发跃迁发光。 - 1.5 e V - 3.4 e V
- 13.6 e V 氢原子的发光跃迁 波列长 L=c
3
普通光源发光特点:
同一原子发光具有瞬时性和间歇性、偶然性和随机性,而不 同原子发光具有独立性。普通光源发出的光为复色光。
3900Å 紫
7600Å 红
普通光源是一种非相干光源
4
1.1 Density of field modes in a cavity
It is usually convenient to envisage the electromagnetic radiation as confined inside a cavity
influences that govern the fluctuation statistics do not change with time, then the average does not depend on the particular starting time of the period T provided that T is long compared to the characteristic time scale of the fluctuations.
23
积分强度
E d T / 2 E t E t ,
2 *
24
the normalized spectral distributing function
F E
2
E d
2
1 2 g (1) e xp i d
12
The second type of light source is the laser, and this has quite different statistical properties
13
1. Spectrum of a fluctuating light beam
Consider an experiment in which a beam of light passes a fixed observation point where the time dependence of its electric field is measured.