量子光学实验笔记：单光子干涉

本周实验：验证单光子干涉——即使用一次只发射一个光子，干涉条纹依然出现。这是量子力学”波粒二象性”最直接的实验证据。

1. 实验装置

单光子源 ──► 分束器BS1 ──► 路径A ─┐
                    └──► 路径B ─┼──► 合束器BS2 ──► 探测器D1/D2
                                  └───────────┘

关键点：单光子源（衰减激光或自发参量下转换 SPDC）保证任意时刻装置中至多一个光子。

2. 理论预期

经过两个分束器后，光子到达探测器 $D_1$ 的概率为：

\[P_1 = \frac{1}{2}(1 + \cos\phi)\]

其中 $\phi$ 是两路径间的相位差。当 $\phi = 0$ 时 $P_1 = 1$（相消干涉，$D_2$ 无计数）；$\phi = \pi$ 时反之。

3. 实验现象与数据

• 单光子模式下，$D_1$ 计数率随相位 $\phi$ 呈余弦振荡 ✅
• 关闭其中一个路径（遮挡），干涉消失，$P_1 = 1/2$ 恒定 ✅
• 这证明：干涉不是光子之间的相互作用，而是单个光子自身的概率幅叠加

4. 思考题（留给自己）

1. 如果在 BS2 前放置”路径探测器”（which-way detector），干涉还会出现吗？
2. 答案是不再出现——测量坍缩了概率幅。这就是”量子擦除实验”的出发点。

5. 待办

• 复现量子擦除实验（延迟选择版本）
• 整理 SPDC 光源的符合计数数据
• 写实验报告模板（Markdown → PDF）