分立熱光源的聚束效應(yīng)及其應(yīng)用.pdf

1、從二十世紀(jì)五十年代中期開(kāi)始，英國(guó)科學(xué)家Hanbury Brown和Twiss第一次報(bào)道了關(guān)于熱光場(chǎng)的光學(xué)二階干涉效應(yīng)以后，光學(xué)高階干涉效應(yīng)逐漸地引起了物理學(xué)界的廣泛興趣。而后這一新穎的光學(xué)干涉效應(yīng)便以這兩位科學(xué)家的名字命名為HBT效應(yīng)即熱光的聚束效應(yīng)。正是熱光聚束效應(yīng)與傳統(tǒng)光學(xué)干涉理論的不相容性，促使物理學(xué)家們爭(zhēng)相解釋其背后的原因。在1963年，Glauber教授提出了‘光子相干的量子理論’，成功地解釋了實(shí)驗(yàn)上出現(xiàn)的一階、二階、高階等干

2、涉效應(yīng)，并且在經(jīng)歷40多年的實(shí)踐檢驗(yàn)后于2005年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。因此Glauber的光子相干理論就成為了目前最為流行的量子光學(xué)基本理論。事實(shí)上，HBT效應(yīng)出現(xiàn)后，起初提出的各種解釋都不同程度地引起了質(zhì)疑，并沒(méi)有一個(gè)能夠完全令人信服而被廣泛接受的答案。雖然存在一些爭(zhēng)議，但這并不妨礙光子相干理論的后續(xù)發(fā)展與實(shí)踐應(yīng)用。一方面，在探測(cè)光場(chǎng)特性的時(shí)候，高階干涉效應(yīng)得到的測(cè)量結(jié)果能反應(yīng)出光場(chǎng)本身的特性，因此可以區(qū)別經(jīng)典光源還是量子光源。如反聚

3、束效應(yīng)是對(duì)單光子源監(jiān)測(cè)的一種有力手段。另一方面，不同光場(chǎng)、不同裝置下的高階效應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)很多實(shí)踐應(yīng)用，如鬼成像、鬼干涉，量子通信等。
　　通過(guò)對(duì)HBT效應(yīng)的理論與實(shí)驗(yàn)研究，我們認(rèn)識(shí)到了熱光聚束峰的出現(xiàn)可以看作是光源面內(nèi)任意兩點(diǎn)之間形成的二階干涉效應(yīng)的疊加。在遠(yuǎn)場(chǎng)探測(cè)面處可以通過(guò)符合計(jì)數(shù)測(cè)量得到聚束峰。這個(gè)認(rèn)識(shí)促使我們考慮設(shè)計(jì)獨(dú)特分布的熱光源，能夠在探測(cè)面處獲得周期性的聚束峰。首先，我們模擬了一維分立熱光源，并且通過(guò)理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在遠(yuǎn)

4、場(chǎng)處的探測(cè)面上能夠得到周期性的聚束峰。為了在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)這一設(shè)想，我們借助相位型空間光調(diào)制器 phase-SLM設(shè)計(jì)出一維分立的熱光源，并在其遠(yuǎn)場(chǎng)觀測(cè)面處測(cè)量得到了周期性的聚束峰。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，獨(dú)特設(shè)計(jì)的分立熱光源能夠在遠(yuǎn)場(chǎng)探測(cè)面處形成周期性HBT效應(yīng)。另外，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在一維分立熱光源中引入缺陷后聚束峰發(fā)生劈裂；二維分立熱光源中同樣也能夠產(chǎn)生二維周期性HBT效應(yīng)。
　　鬼成像作為HBT效應(yīng)最直接的應(yīng)用之一往往需要兩臂共同使用

5、，再進(jìn)行符合測(cè)量，從而得到物像。我們發(fā)現(xiàn)，上述提到的周期性聚束效應(yīng)能夠?qū)⒐硐裱b置從雙臂簡(jiǎn)化為單臂。借助實(shí)驗(yàn)，這一設(shè)想得到了證實(shí)。我們首先通過(guò)phase-SLM設(shè)計(jì)出二維分立熱光源，然后通過(guò)具有空間分辨能力的探測(cè)器同時(shí)充當(dāng)點(diǎn)探測(cè)器和桶探測(cè)器進(jìn)行符合測(cè)量，最終得到物像。
　　概括起來(lái)，我們?cè)O(shè)計(jì)了分立熱光源?；谶@種獨(dú)特的光源，我們?cè)谝痪S、二維情形下均觀測(cè)到了周期性的聚束效應(yīng)。這一周期性聚束效應(yīng)能夠用來(lái)簡(jiǎn)化熱光鬼像裝置，用單臂裝置取代了