14.6.1. Эффект Хэнбери Брауна — Твисса (квантовая трактовка)

Очевидно, что для состояний, для которых существуют фотоэлектрические корреляции, фотоэлектрические импульсы, производимые облучаемыми фотодетекторами, не возникают полностью случайно, и, изучая данные корреляции в пространстве и времени, можно получать информацию о природе оптического поля. Как мы уже упоминали в разд. 9.9, первое экспериментальное доказательство этого и первое свидетельство существования фотоэлектрических корреляций были получены в экспериментах, выполненных в 50-х годах Брауном и Твиссом (Brown and Twiss, 1956, 1957) на установке, изображенной на рис. 9.6а. Пучок света от ртутной дуги разделялся на два с помощью делителя пучков, и эти пучки попадали на два фотоумножителя, один из которых мог перемещаться по полю. Отдельные фотоэлектрические импульсы не разрешались, а вместо этого, два фотоэлектрических тока усиливались и подавались на коррелятор, который создавал сигнал, пропорциональный корреляции Эта корреляция измерялась при различных перемещениях подвижного фотодетектора. Результаты измерений показаны на рис 9.66.

Попытаемся объяснить эти результаты, исходя из (14.6.4). Когда свет создается стационарным тепловым источником, средняя интенсивность не зависит от времени, а нормированная корреляционная функция зависит только разности времен и ее можно обозначить как Более того, для поля теплового источника, как мы уже показали в гл. 13 [см. (13.3.23)], нормированная корреляционная функция интенсивности может быть просто связана с нормированной корреляционной функцией второго порядка, определяемой как

Для стационарного поляризованного света это соотношение принимает простой вид

Мы сократили запись до Таким образом, (14.6.4) приобретает вид

из которого видно, что фотоэлектрические корреляции ожидаются в точках до тех пор, пока степень когерентности в этих точках не равна нулю. Это подтверждается экспериментальными результатами, показанными на рис. 9.6. Однако это уравнение не описывает адекватным образом измерение, при котором отдельные фотоэлектрические импульсы не разрешаются. Этой проблемой мы уже занимались в разд. 9.8 в рамках полу классической теории фотоэлектрического детектирования. Здесь мы коротко повторим вычисления для квантового поля.