Shown here
3. Quantum Delayed choice Experiment
Hong–Ou–Mandel effect
Two identical photons both hit the beam splitter at the same time.
Something to note
主要内容
0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 引言 什么是光子？ 光子及其干涉现象 相干态和压缩态 电磁诱导透明和无反转激光器 激光冷却 玻色-爱因斯坦凝聚
2. 光子及其干涉现象 （0）光的干涉—基本概念 （1）单光子干涉 （2）引力波探测
2. 光子及其干涉现象
（0）光的干涉 -- 基本概念
1. 2. 3. For an ideal beam splitter the transmitted and the reflected beam will always be 90 degrees out of phase. The beam splitter is 50% transmission and 50% reflection. One can just represent this by assuming a complex factor t for a transmission process and a complex amplitude i*r for a reflection process. The imaginary part ensures the 90 degree phase shift.
2. 光子及其干涉现象 光的干涉 （课堂讨论） ▪ 发生干涉所需的条件 ▪ 干涉的两束光之间有相互作用吗？
2. 光子及其干涉现象 光的干涉 -- 理论及应用 （1）单光子干涉 （基础理论问题） （2）引力波探测 （大科学工程应用）
2. 光子及其干涉现象
（1）单光子干涉
杨氏干涉
如果我们减弱光源的强度、或者减小狭缝的宽度 让光子一个一个地通过狭缝 还能出现干涉条纹吗？
光量子学基础
— 前沿简介
2013
主要内容
0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 引言 什么是光子？ 光子及其干涉现象 相干态和压缩态 电磁诱导透明和无反转激光器 激光冷却 玻色-爱因斯坦凝聚
0.引言
● 这门课有什么用？
光学工程
光量子学
物理学 微纳尺度 量子效应
光学工程的重要发展方向
Until its next revolution, much of the glory will be in engineering.
2. 光子及其干涉现象
问题讨论：
4. 光子的什么特性发生了干涉？
2. 光子及其干涉现象
Revisit 1 ： Einstein实验
■ 双缝干涉
2. 光子及其干涉现象
■ 双缝干涉
Revisit 2 ： J.A. Wheeler 延迟选择实验
无限大的干涉路径 （星系 -引力透镜狭缝）
2. 光子及其干涉现象
But nanotechnology, superconducting, biology, and quantum entanglement is thriving …
0.引言
纳米技术
Quantum Mechanics Quantum electrodynamics
Special&General Relativity
1927 Heisenberg
Uncertainty principle x•p h/4
1.什么是光子
关于光子 （课堂讨论） 以电子作为参考
电子 M = 9.1× 10 -31 kg e = 1.6 ×10 -19 C R (经典半径) ~ 10 -15 m Compton波长~ 10-12 m Fermion …
纳米技术Biblioteka Small is beautiful
SIA(Semiconductor Industry Association ) Roadmap Summary
尺寸 速度 集成度 容量 功耗
摘自 /
0.引言
● 这门课有什么用？
When you look at yourself from a universal standpoint, something inside always reminds or informs you that there are bigger and better things to worry about —— Albert Einstein
Classical Electrodynamics
(Maxwell’s Equations)
+
Quantum Mechanics
(Schrödinger Equation)
光量子学
0.引言
纳米技术
Video 1: Introduce nanotechnology
Adapted from J. Microelectromechan. S yst. 1, 60 (1992).
——Albert Einstein
1.什么是光子
OPN Trends – The Nature of Light: What is a Photon, Optics&Photonics News, 2003
光子概念的提出
1900 Planck E = hγ “quanta” 1905 Einstein Photoelectric Effect, Special relativity hγ = pc 1923 de Broglie “matter wave” λ= h/p 1926 Schrodinger H =E 1926 Born
决定于所处的环境
1.什么是光子
自旋 (Spin)
玻色子(Boson) /费米子(Fermion) Pauli不相容原理
1.什么是光子
可见度（Visibility）
颜色
1.什么是光子
相互作用 电子
1.什么是光子
相互作用 光子 （经典图像）
1.什么是光子
波动方程
1.什么是光子
本征态
?
什么是光子 光的什么特性发生了干涉
2. 光子及其干涉现象
问题讨论：
1. 观察者如何改变了光子的特性 (测不准关系)？
Schrodinger 猫
2. 光子及其干涉现象
问题讨论：
2. 减弱光源强度、减小狭缝宽度 一定能得到所需的单光子吗？
2. 光子及其干涉现象
问题讨论：
3. 光子的统计分布 能在某个确定的时刻得到所需的单光子吗？
2. 光子及其干涉现象 （1）单光子干涉
■ 双缝干涉 Video 2: Quantum Double Slit Experiment
2. 光子及其干涉现象
■ 双缝干涉
为什么光子一个一个通过狭缝时仍然出现干涉条纹？ “Each photon then interferes only with itself. Interference between two different photons never occurs.” ——P. A. M. Dirac
——Atomic —————— Mesoscopic —————— Macroscopic—— - - Nanoscale
e.g. Classical electrodynamics e.g. Near-field optics e.g. Geometric optics
Optical science & technology @ nanoscale
1.什么是光子
质量 (Mass)
速度、能量 波长
如何测量光子的质量？
1.什么是光子
大小 (Size)
相互作用范围
1.什么是光子
电荷 (Charge)
自能、相互作用
1.什么是光子
波长/频率 (Wavelength/Frequency)
波粒二像性
1.什么是光子
寿命 (Lifetime)
典型应用
1.什么是光子
The Nature of Light All these fifty years of conscious brooding have brought me no nearer to the answer to the question, “ What are light quanta ? ” Nowadays every Tom, Dick and Harry thinks he knows it, but he is mistaken.
Propagation wave ? Interaction photon ?
2. 光子及其干涉现象
■ 双光子干涉 双光子的产生 （ e.g., SPDC）
1. Hong–Ou–Mandel effect
1. Hong–Ou–Mandel effect 2. Single photon beamsplitter
■ 双缝干涉
Revisit 3 ： M.O. Scully 双光子实验
■ 双光子
SPDC
(Spontaneous parametric down-conversion)
I-type SPDC
II-type SPDC
2. 光子及其干涉现象
■ 双光子干涉
R
G
2. 光子及其干涉现象
■ Finally … “Each photon then interferes only with itself” But, what is a photon ?
2 = probability density
Dear Max, QM is very impressive. But … not yet the real thing… I am … convinced that He does not play dice. Albert, 1926 1926 Gilbert Lewis (chemist) suggested the name “photon”