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【交流】光子的自旋与偏振，以及塞曼效应 已有4人参与
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对于平面波，很容易理解偏振特性。对于单个光子，如何理解其偏振特性呢？偏振和自旋的联系呢？ 维基百科上讲赛慢效应：对于Δm=+1，原子在磁场方向的角动量减少了一个，由于原子和光子的角动量之和守恒，光子具有与磁场方向相同的角动量，方向与电矢量旋转方向构成右手螺旋，称为σ+偏振，是左旋偏振光。反之，对于Δm=-1，原子在磁场方向的角动量增加了一个，光子具有与磁场方向相反的角动量，方向与电矢量旋转方向构成左手螺旋，称为σ-偏振，是右旋偏振光。对于Δm=0，原子在磁场方向的角动量不变，称为π偏振。如果沿磁场方向观察，只能观察到σ+和σ-谱线的左旋偏振光和右旋偏振光，观察不到π偏振的谱线。如果在垂直于磁场方向观察，能够观察到原谱线分裂成3条：中间一条是π谱线，是线偏振光，偏振方向与磁场方向平行，σ+和σ-线分居两侧，同样是线偏振光，偏振方向与磁场方向垂直。 根据这段话，貌似自旋和偏振是有联系的。难以理解的一点是线偏振和自旋是什么关系呢？个人理解圆偏振才是光子的本征态，线偏振是复合量 |
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lpszk(金币+1): 很专业，但是通俗点就好了。 2011-02-08 11:34:06
lpszk(金币+1): 很专业，但是通俗点就好了。 2011-02-08 11:34:06
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zt：http://proxy3.zju88.net/agent/th ... s&bp=39&m=0 自旋1的光子在动量方向只有两个投影（由于光子无质量），对应于右旋与左旋。这个两个量子态(1,i,0)（1，-i,0）正交且完备。对应于经典波动图像，有x,y线偏振(1,0,0),(0,1,0) ，也有左右旋偏振，你可以把两种不同的刻画看成是描述同一自由度的空间里的不同的基，通过线性变换联系。至于其他什么椭圆偏振，也不过是这些基的线性组合，考虑到相位，系数是复数。有人说，波动概念中的的偏振方向用偏振片就能测出来，还有很好的关系式 I 正比[cosx]^2 (其实强度这个概念暗含了大量光子的测量), 那么光子模型呢？ 单个光子模型打在偏振片上，只能说通过的概率。如果光子处于自旋本证态，那么用量子的通常方法，求投影到线偏振的概率振幅就能知道结果；如果光子处于混合态，比如恰好线性叠加成一个线偏振态，那么很简单，概率就是自身偏振方向与偏振片夹角的余弦平方。如果你不信单个光子的诠释，那么我们通过某种办法制备大量处于特定量子态的光子集团，或者叫系综的玩意儿，那么理论上，你做实验，就可以发现通过的粒子数比例和前面算单粒子概率的结果是一致的。对于量子统计，更方便的办法描述是用密度矩阵。当然其量子基础都是一样的。可能还有人问，我们在测光束的偏振态时，有电场方向这个概念，而且是良好的定义。那么对于光子呢？它有什么？电场是怎么从大量光子中emerge出来的？如果采用了波动的描述，大量光子的相位有确定性的关系，所以我们有物理上可测的波动函数（求解于麦克斯韦方程）,比如最简单的平面波 Ecos(kx-wt), 而且可以知道能量密度u, u正比于E^2, 但是我们不知道粒子数的情况；如果采用的粒子数表象，单个粒子能量是h_w,能量密度是对所有态的光子能量求和除以体积，但是我们彻底丧失了对光子间相位的关系的信息。好比不确定性原理中的动量与位置的关系。学量子力学时，为这些问题困惑了很长时间，要么讲光学的老师来不及讲；要么初量的老师不屑于讲。看了一些书，觉得不是很困惑了。特别感谢baym的quantum lecture notes。我想这些问题在学量子光学时也许是trivial的，但是还是有必要写点东西，抛砖引玉。 |
2楼2011-02-03 21:44:43
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