自制量子擦除器:偏振器对光子的作用

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偏振膜有一个轴(在我们的图中,我们用薄膜上的线表示其方向),该薄膜允许与该轴平行振荡的光通过。您可以将光想象成两个人之间拉紧的绳子上的波浪;波浪可以使绳子上下、左右或介于两者之间的任何角度移动。振荡的角度是波的偏振。

偏振膜就像绳子穿过的平行杆的屏幕:它让与它平行的偏振波无阻碍地通过,完全阻挡垂直的波,并允许其他角度的波以减小的幅度通过。最重要的是,从偏振器另一侧出来的波(如果有的话)会与偏振器的透射轴平行偏振。

对光通过偏振膜时发生的情况的量子描述听起来只有细微的差别:光由称为光子的单个粒子组成,像波一样,光子也可以具有振荡方向。当光子遇到透射轴与光子偏振平行的偏振器时,它每次都会通过。垂直偏振器每次都会阻挡光子。在 45 度角时,光子有 50% 的概率通过(确切的概率会随着角度的变化而变化)。最重要的是,当光子通过偏振器时,在另一侧它将与偏振器的透射轴平行偏振。


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光也可以是非偏振的,这意味着构成光的光子具有随机的偏振。这是另一种情况,其中一半的光子将通过偏振器,并且,像往常一样,那些通过的光子会变成与偏振器平行偏振。

您可以通过将两个偏振器放在一起来查看偏振器的工作方式。当您旋转其中一个偏振器时,当它们的轴对齐时,您可以清楚地看到它们,当它们垂直时几乎看不到,而在其他角度则可以看到一定程度的透光。通过第一个偏振器的光子会被它偏振,然后它们通过第二个偏振器的概率取决于它们的偏振与第二个偏振器的轴之间的角度。

如果两个偏振器是垂直的,并且在它们之间以一定角度(最好是 45 度)插入第三个偏振器,就会发生有趣的效果:添加第三个偏振器可以让一些光通过,即使您可能认为它对光来说是额外的障碍。看看您是否可以解释为什么会发生这种情况(答案在 www.sciam.com/ontheweb)。自制量子擦除器也依赖于 45 度角的偏振器来改变光的作用。

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