自制量子擦除器:偏振器對光子的作用

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偏振膜有一個軸(在我們的圖中,我們用薄膜上的線表示其方向),該薄膜允許與該軸平行振盪的光透過。您可以將光想象成兩個人之間拉緊的繩子上的波浪;波浪可以使繩子上下、左右或介於兩者之間的任何角度移動。振盪的角度是波的偏振。

偏振膜就像繩子穿過的平行杆的螢幕:它讓與它平行的偏振波無阻礙地透過,完全阻擋垂直的波,並允許其他角度的波以減小的幅度透過。最重要的是,從偏振器另一側出來的波(如果有的話)會與偏振器的透射軸平行偏振。

對光透過偏振膜時發生的情況的量子描述聽起來只有細微的差別:光由稱為光子的單個粒子組成,像波一樣,光子也可以具有振盪方向。當光子遇到透射軸與光子偏振平行的偏振器時,它每次都會透過。垂直偏振器每次都會阻擋光子。在 45 度角時,光子有 50% 的機率透過(確切的機率會隨著角度的變化而變化)。最重要的是,當光子透過偏振器時,在另一側它將與偏振器的透射軸平行偏振。


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光也可以是非偏振的,這意味著構成光的光子具有隨機的偏振。這是另一種情況,其中一半的光子將透過偏振器,並且,像往常一樣,那些透過的光子會變成與偏振器平行偏振。

您可以透過將兩個偏振器放在一起來檢視偏振器的工作方式。當您旋轉其中一個偏振器時,當它們的軸對齊時,您可以清楚地看到它們,當它們垂直時幾乎看不到,而在其他角度則可以看到一定程度的透光。透過第一個偏振器的光子會被它偏振,然後它們透過第二個偏振器的機率取決於它們的偏振與第二個偏振器的軸之間的角度。

如果兩個偏振器是垂直的,並且在它們之間以一定角度(最好是 45 度)插入第三個偏振器,就會發生有趣的效果:新增第三個偏振器可以讓一些光透過,即使您可能認為它對光來說是額外的障礙。看看您是否可以解釋為什麼會發生這種情況(答案在 www.sciam.com/ontheweb)。自制量子擦除器也依賴於 45 度角的偏振器來改變光的作用。

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