高能重离子超边缘碰撞中极化光致反应

本文旨在对近期高能重离子超边缘碰撞中光致产生过程的研究做一个简要综述.相对论性重离子激发的超强电磁场可以被近似认为是一束极高亮度的等效相干光子束流.本文主要讨论两类等效光子参与的高能产生过程:准实光子融合产生轻子对即Breit-Wheeler过程,以及等效光子与原子核内的胶子物质相互作用导致的矢量介子衍射产生过程.这两类过程是研究重离子超边缘碰撞的传统课题,本文主要侧重于讨论碰撞参数依赖效应与末态软光子重求和效应.另一方面,最近一系列研究揭示了相对论重离子所激发的准实光子是高度线性极化的,其极化方向平行于光子横动量方向;并指出可以通过重离子超边缘碰撞中轻子对产生过程的cos 4?方位角不对称来测量光子的线偏振度.这一理论预言随后被SATR合作组的测量所证实.伴随这一新的理论与实验进展,线性极化光子束流同时也给我们提供了一种新颖的实验手段,用来研究量子色动力学唯象学.如线偏振准实光子可导致矢量介子衍射产生过程的各种方位角不对称,通过研究这些方位角不对称可以让我们更深入地理解高能散射过程的双缝干涉效应、库仑-核反应的干涉过程,以及抽取光子维格纳函数等.本文将详述这些效应并讨论未来的理论与实...     

高能闪光射线源空间位置抖动实验测量

高能闪光照相中光子散射会导致接收图像清晰度降低,影响照相客体界面和密度的分辨精度。使用网栅相机可显著降低散射光子影响,提高图像分辨能力,但同时要求X射线源空间位置更加稳定以减少信号光子在网栅结构中的损失。采用小孔成像的方法测量神龙一号直线感应加速器X射线源焦斑分布,计算焦斑的质心位置和半高全宽大小,分析电子束聚焦状态改变对X射线源空间位置和大小的影响。实验结果表明,电子束聚焦状态改变会导致射线源质心位置及尺寸大小发生明显变化。在恒定聚焦状态下,源质心抖动及大小变化均可稳定在较小范围。 ;     

关于"电子干涉实验"的商榷和联想

一 本刊2003年第11期的<托马斯·杨双缝演示应用于电子干涉实验>一文描述了电子、中子等实物粒子显示出波动性,并得出了"单电子杨氏双缝干涉实验表明,当少量电子通过仪器落在屏上时,其分布看起来毫无规律,并不形成暗淡的干涉条纹,这显示了电子的‘粒子性'.但大量电子通过仪器时,则在屏上形成了清晰的干涉条纹,这又显示了电子的‘波动性'"以及"这是单电子的干涉"两个结论.这里有两点需要商榷.     

广义量子干涉原理及对偶量子计算机

我们综述最近提出的广义量子干涉原理及其在量子计算中的应用.广义量子干涉原理是对狄拉克单光子干涉原理的具体化和多光子推广,不但对像原子这样的紧致的量子力学体系适用,而且适用于几个独立的光子这样的松散量子体系.利用广义量子干涉原理,许多引起争议的问题都可以得到合理的解释,例如两个以上的单光子的干涉等问题.从广义量子干涉原理来看双光子或者多光子的干涉就是双光子和双光子自身的干涉,多光子和多光子自身的干涉.广义量子干涉原理可以利用多组分量子力学体系的广义Feynman积分表示,可以定量地计算.基于这个原理我们提出了一种新的计算机,波粒二象计算机,又称为对偶计算机.在原理上对偶计算机超越了经典的计算机和现有的量子计算机.在对偶计算机中,计算机的波函数被分成若干个子波并使其通过不同的路径,在这些路径上进行不同的量子计算门操作,而后这些子波重新合并产生干涉从而给出计算结果.除了量子计算机具有的量子平行性外,对偶计算机还具有对偶平行性.形象地说,对偶计算机是一台通过多狭缝的运动着的量子计算机,在不同的狭缝进行不同的量子操作,实现对偶平行性.目前已经建立起严格的对偶量子计算机的数学理论,为今后的进一步发展打下了基础.本文着重从物理的角度去综述广义量子干涉原理和对偶计算机.现在的研究已经证明,一台d狭缝的n比特的对偶计算机等同与一个n比特+一个d比特(qudit)的普通量子计算机,证明了对偶计算机具有比量子计算机更强大的能力.这样,我们可以使用一台具有n+log<,2>d个比特的普通量子计算机去模拟一个d狭缝的n比特对偶计算机,省去了研制运动量子计算机的巨大的技术上的障碍.我们把这种量子计算机的运行模式称为对偶计算模式,或简称为对偶模式.利用这一联系反过来可以帮助我们理解广义量子干涉原理,因为在量子计算机中一切计算都是普通的量子力学所允许的量子操作,因此广义量子干涉原理就是普通的量子力学体系所允许的原理,而这个原理只是是在多体量子力学体系中才会表现出来.对偶计算机是一种新式的计算机,里面有许多问题期待研究和发展,同时也充满了机会.在对偶计算机中,除了幺正操作外.还可以允许非幺正操作,几乎包括我们可以想到的任何操作,我们称之为对偶门操作或者广义量子门操作.目前这已经引起了数学家的注意,并给出了广义量子门操作的一些数学性质.此外,利用量子计算机和对偶计算机的联系,可以将许多经典计算机的算法移植到量子计算机中,经过改造成为量子算法.由于对偶计算机中的演化是非幺正的,对偶量子计算机将可能在开放量子力学的体系的研究中起到重要的作用.     

串联超导纳米线探测器的多光子响应

超导纳米线单光子探测器(SNSPD)具有探测效率高、暗计数低等优点,但通常工作在非线性模式,不具备光子数分辨的能力.在线性光学、量子计算等许多领域,通常还要求探测器能够对入射的光子数进行分辨.目前基于超导纳米线单光子探测器实现光子数分辨主要有三种途径:阵列结构的读出电路非常复杂,并联纳米线探测器(PND)的漏电流限制了最多可分辨的光子数目和系统效率,串联纳米线探测器(SND)的读出电路简单,而且没有漏电流,理论上可以分辨大量的光子数目,同时获得较高的系统效率.本文基于串联纳米线探测器结构,设计了一种6像元串联纳米线探测器,即6个纳米线单元串联,每个纳米线单元两端并联一个电阻RP.实验结果表明,在不同光功率下,该结构可以实现6个光子的分辨,而且可以工作在0.97IC,没有漏电流影响.     

Na2中由一对耦合能级相干叠加导致的双光子吸收的干涉增强效应

在中间共振增强能级是一对波函数叠加的耦合能级的钠分子菱形四能级系统中，实验观察了由该两耦合能级的相干叠加作用所导致的不等频双光子吸收的干涉增强效应，并运用密度矩阵方程对这一实验现象进行了计算，其结果与实验符合得很好. 关键词： 干涉增强 双光子吸收 菱形四能级系统 耦合能级     

利用费曼路径积分理论分析多光子干涉

将费曼路径积分理论引入量子力学教学,用来分析光子干涉现象.对非简并的两光子和三光子干涉的关联函数进行了推导,并对干涉结果进行了模拟.模拟结果显示,非简并的多光子干涉是多光子聚束和量子拍效应叠加的结果.     

光折变光子晶格中空间二次谐波的产生

用干涉法在自散焦光折变晶体 LiNbO₃：Fe中写入光子晶格的动态过程中，发现了双光束干涉条纹一分为二，四光束干涉点阵一分为四的分裂现象. 研究证明：这是干涉条纹空间频率的倍频现象，是入射的干涉光场与写入的光子晶格之间相互作用的结果. 本实验说明利用光折变效应可以容易地实现干涉光场空间频率的倍频和空间高次谐波的产生，并可利用产生的空间谐波感应出二倍频和高倍频的光折变光子晶格. 关键词： 光折变晶体 光子晶格 空间谐波     

涡旋光束的产生与干涉

分别从理论上和实验上研究了涡旋光束的产生和干涉现象.理论上分析了分数阶和整数阶涡旋光束同球面波以及平面波的干涉情况,并从实验上得出了其干涉图形.实验结果和理论模拟基本上一致.研究表明,随着涡旋光束拓扑荷数的变化,干涉图形也会产生变化.这一现象可用于测定分数阶涡旋光束的拓扑荷数.     

基于法布里-珀罗腔的激光模式分析

法布里-珀罗腔(F-P)通常是由2面平行放置的反射镜组成的多光束干涉仪,将入射光束耦合进入F-P腔,光场会在反射镜间多次来回反射,经过干涉相长过程光场被增强,形成稳定腔内光场.为帮助学生更好地理解多光束干涉与谐振腔内模式产生的工作原理,基于F-P腔设计了可分辨激光模式的实验装置,探究不同激光模式的输出特性.通过实验观察...     

广义量子干涉原理及对偶量子计算机

我们综述最近提出的广义量子干涉原理及其在量子计算中的应用。广义量子干涉原理是对狄拉克单光子干涉原理的具体化和多光子推广,不但对像原子这样的紧致的量子力学体系适用,而且适用于几个独立的光子这样的松散量子体系。利用广义量子干涉原理,许多引起争议的问题都可以得到合理的解释,例如两个以上的单光子的干涉等问题。从广义量子干涉原理来看双光子或者多光子的干涉就是双光子和双光子自身的干涉,多光子和多光子自身的干涉。广义量子干涉原理可以利用多组分量子力学体系的广义Feynman积分表示,可以定量地计算。基于这个原理我们提出了一种新的计算机,波粒二象计算机,又称为对偶计算机。在原理上对偶计算机超越了经典的计算机和现有的量子计算机。在对偶计算机中,计算机的波函数被分成若干个子波并使其通过不同的路径,在这些路径上进行不同的量子计算门操作,而后这些子波重新合并产生干涉从而给出计算结果。除了量子计算机具有的量子平行性外,对偶计算机还具有对偶平行性。形象地说,对偶计算机是一台通过多狭缝的运动着的量子计算机,在不同的狭缝进行不同的量子操作,实现对偶平行性。目前已经建立起严格的对偶量子计算机的数学理论,为今后的进一步发展打下了基础。本文着重从物理的角度去综述广义量子干涉原理和对偶计算机。现在的研究已经证明,一台d狭缝的n比特的对偶计算机等同与一个n比特+一个d比特(qudit)的普通量子计算机,证明了对偶计算机具有比量子计算机更强大的能力。这样,我们可以使用一台具有n+log2d个比特的普通量子计算机去模拟一个d狭缝的n比特对偶计算机,省去了研制运动量子计算机的巨大的技术上的障碍。我们把这种量子计算机的运行模式称为对偶计算模式,或简称为对偶模式。利用这一联系反过来可以帮助我们理解广义量子干涉原理,因为在量子计算机中一切计算都是普通的量子力学所允许的量子操作,因此广义量子干涉原理就是普通的量子力学体系所允许的原理,而这个原理只是是在多体量子力学体系中才会表现出来。对偶计算机是一种新式的计算机,里面有许多问题期待研究和发展,同时也充满了机会。在对偶计算机中,除了幺正操作外,还可以允许非幺正操作,几乎包括我们可以想到的任何操作,我们称之为对偶门操作或者广义量子门操作。目前这已经引起了数学家的注意,并给出了广义量子门操作的一些数学性质。此外,利用量子计算机和对偶计算机的联系,可以将许多经典计算机的算法移植到量子计算机中,经过改造成为量子算法。由于对偶计算机中的演化是非幺正的,对偶量子计算机将可能在开放量子力学的体系的研究中起到重要的作用。     

全内反射型光子晶体光纤横向负荷及扭曲特性研究

用M-Z干涉仪的精确干涉特性来测量光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber,PCF)横向负荷特性及扭曲特性,并应用等效折射率模型对其做了简单的理论分析.实验结果表明:光纤M-Z干涉仪传感臂(即PCF臂)受到外界应力作用时,在固定输入光波长处,PCF的有效折射率n会随外界应力的变化有规律的变化,在横向负荷实验和扭曲实验中表现为干涉条纹的相位与外界应力的变化呈近似线性变化;在横向负荷实验中干涉条纹幅值随所加负载的变化呈近似三角函数变化.     

高能e++e－→e++e－+强子过程中的电弱干涉效应

在这篇文章中, 我们用[2]中的结果讨论了与极化光子结构函数相关的电弱干涉效应, 这个效应提供了对G-W-S(格拉肖-温伯格-萨拉姆)模型作进一步检验的可能并且导致对光子结构函数的更深入的了解.     

一种全光纤型观测光波粒二象性的方法

提出一种结构简单、实验现象明显的光波粒二象性观测方案,本方案以波的相干叠加突出显示光的波动性,以粒子在50/50分束器的路径随机选择特性突出显示光的粒子性.以衰减强激光脉冲为光子源,在实验室获得的干涉对比度超过99%,单粒子特性超过90%.实验结果表明此方案有望在实际得到广泛应用.     

独立伪热光源的双光子干涉

自Dirac提出一个光子只能与自己干涉之后，Mandel等人用两个独立的激光器实现一阶干涉实验，引发了人们对于独立光源干涉问题的更多关注和探讨。我们首次以两个独立的伪热光源观察到二阶关联亚波长干涉现象。在实验中发现当两个独立的光源偏振相同时，固定一个单光子探测器扫描另一个探测器，通过符合探测能够探测到类经典的一阶干涉；在反对称的方向（x，-x）同时扫描两个探测器，能够探测到亚波长干涉条纹。用经典的理论方法也可对此现象作简单的解释。当光源的偏振互相垂直时，则无法探测到类经典的一阶干涉或亚波长干涉。这些实验现象将有助于人们理解双光子干涉的本质；热光因其双光子特性有可能有些特殊的应用。     

超短脉冲偏振纠缠干涉

利用超短脉冲自发参量下转换产生偏振纠缠光子对，通过实验和数值计算分析不同长度BBO晶体对偏振纠缠干涉可见度的影响，并分析窄带干涉滤光片在实验测量中的作用，我们的结果说明减小晶体长度和利用窄带干涉滤光片可有效提高双光子的干涉可见度。     

北京谱仪上光子转换过程的重建与光子能量的精确测量

利用蒙特卡罗模拟方法, 研究了光子转换过程的重建, 并得到了依赖于光子能量的光子探测效率及其能量分辨的函数分布. 电子的能量损失校正与光子的能量标度均用北京谱仪的真实数据做了刻度.研究表明, 改进的晶体球(CB)函数能较好地描述由电子对重建出的光子能量分布. 在北京谱仪实验上,对于100—260MeV能量的光子, 由电子对转换方法测量的光子能量分辨可达到2.3—3.8MeV.     

从时间演化角度讲解光电效应

光电效应是光和物质相互作用的最基本过程之一.一般地,光电效应的讲解是基于爱因斯坦的光电效应公式,是从能量的角度讲解光电子发射.本文提出一种从时间演化角度讲解光电效应的方法,揭示光电子在任意时刻吸收任意能量的光子,但不同时刻的量子跃迁振幅相互干涉,时间演化完成后不符合爱因斯坦光电效应公式的事件恰好干涉相消,而符合光电效应公式的事件干涉加强.文章还将这一理解与费曼路径积分理论相结合,并指出其关联性.有了从时间演化角度对光电效应的理解,可以引导学生设计时域杨氏双缝干涉实验.     

表面等离激元体干涉制备纳米光子晶体的模拟分析

利用表面等离激元短波长和近场增强效应的特性,用多束P偏振态相干光激发表面等离激元(SPPs),并优化干涉光刻的曝光参数,可获得高分辨率、高对比度周期性纳米结构.阐述了多束SPPs干涉法制备纳米光子晶体的原理,并得到了干涉场强度分布随光束增加的关系.随着干涉SPPs数目的增加,干涉场会复杂变化,对此进行了计算机模拟.模拟了三束SPPs和六束SPPs干涉的强度分布,并分析了调制技术干涉曝光结果,该方法适合光电子器件中大范围亚波长的周期性孔阵或点阵结构的制作以及纳米量级光子晶体的的制作,并可以有效降低制作成本.     

基于探测器模型的MPPC标定方法

探测器的光子数分辨能力是精确描述多光子态的突破口,近年来受到广泛的关注。光子数可分辨探测器有望被进一步应用于量子光学基础研究、量子成像、量子计算、量子通讯以及远距离激光测距等领域。基于空间复用原理的多像素光子计数器具有常温下稳定高效的光子数可分辨探测能力,加上尺寸和成本上的优势使得它成为光子数可分辨探测应用的首选。针对多像素光子计数器,我们通过建模给出了能描述探测器量子特性的标准矫正方法,系统地考虑了探测器量子效率、噪声、各像素点感光面的光子入射效率对量子特性的影响,给出了不同光子数态的正定算子估值测量和魏格纳函数。