光的偏振态・单光子偏振核心问题1、什么是光的偏振态偏振描述光电场的振动方向。线偏振电场幅度大小不变震动始终沿某一个固定方向振动圆偏振电场幅度大小不变振动方向匀速旋转椭圆偏振电场大小变化振动方向旋转自然光非偏振光大量光子偏振随机各个方向均等没有优选振动方向。宏观偏振光是大量光子集体表现出来的统计效果。2、单光子的偏振态是不是确定的✅可以是确定的也可以是叠加态不确定。确定偏振态单光子可以处于确定本征态确定的线偏振、左旋圆偏振、右旋圆偏振。例经过偏振片之后出来的单光子偏振就是确定的。测量它就一定会得到对应偏振方向。量子叠加态最容易混淆单光子也可以处于两个正交偏振的量子叠加态。此时光子本身没有一个固定真实振动方向不是 “我们不知道它的偏振”而是它本身就没有确定值 只有当你做偏振测量瞬间才会以一定概率坍缩到某一个偏振本征态。重点区分经典混态一大堆光子一部分竖直偏振一部分水平偏振自然光量子叠加同一个单光子自身同时处在两种偏振的叠加不是光子之间的混合。3、偏振光的所有单光子的偏振态相同分两种情况情况 A理想线偏振光激光经过 PBS、格兰棱镜输出宏观光束里每一个光子都处于同一个确定的偏振量子态。一束理想竖直线偏振光里面每一个单光子都是竖直偏振本征态对每一个光子做偏振测量都会测出竖直偏振。 此时所有单光子偏振态相同。激光器输出的线偏振激光就属于这一类。情况 B自然光 / 非偏振光光束由大量光子组成每个光子各自是确定偏振但每个光子偏振随机、各不相同。一个光子竖直偏振下一个光子水平再来一个 45°宏观统计各个方向均等表现为无偏振。 此时单光子各自有确定偏振但互相不相同。情况 C纠缠光子特殊量子光源一对纠缠光子单个光子本身没有确定偏振只有联合概率关系不属于常规激光工程场景。4、通俗类比理想线偏振光每一颗子弹枪口朝向完全一样自然光每一颗子弹枪口方向都是确定的但每发子弹朝向随机乱转单光子叠加态一颗子弹在测量之前没有固定朝向测量瞬间才随机给出一个朝向。5、工程上的关键结论激光光路PBS、格兰棱镜输出的线偏振激光光束中每一个光子偏振态一致波片作用改变每一个光子的量子偏振态不是对光子做筛选而是对偏振态做幺正变换偏振片是测量筛选只有坍缩到对应方向的光子可以通过其余被吸收现实激光器都有偏振消光比不是 100% 理想会混少量正交偏振的光子。简短问答总结单光子偏振是不是确定可以确定也可以处于量子叠加态测量才给出确定结果。偏振光的所有单光子偏振态相同理想偏振光束全部光子拥有完全相同的偏振量子态自然光不是。