§1.1光的模式和光子的量子状态§1.2光的相干体积与相格§1.3光子简并度§1.1光的模式和光子的量子状态波粒二相性：波动的观点——模式光子的观点——量子状态Mode：1).Aparticularform,variety,ormanner2).Amanner,way,ormethodofdoingoracting例如：由光波列（或光子）的生存时间和所占据的频率不能同时测定。生存时间越长，它的光谱宽度越窄，即单色性越好。这些关系既适用于光子，也适用于其它粒子。——区分光子状态的判据。2.模式数目：（波动观点）（1）同偏振、同频率、由传播方向区分的模式数目由物理光学：光源发出的光在各个传播方向上占据（由光源尺寸决定的）立体空间，两个光模式的传播方向至少相差一个平面波的衍射角——可分辨。方向不同的光占有不同的立体空间立体角（立体空间）（定义）（2）同方向，同偏振，由频率区别的模式到到频率间隔内（3）偏振不同由于独立的偏振状态只有两种，所以单位体积内总的模式数目为3.光子的观点——海森堡测不准关系光子——能量，动量，（偏振）光波——方向，频率能量，为普朗克常数动量——光子动量的单位矢量——波矢量有光子统计理论，光子的一种运动状态，不能用空间中的一点来代表，因为由uncertainty凡满足条件的各点，即在面积h内的各点，物理上不能分开，属同一状态。到频率间隔内，因光子动量不同所可能存在的状态数相当于求在半径为的球壳内的状态数。球体积：球壳：状态数：考虑两种不同的偏振状态，在到内，因能量、动量及偏振不同，所可能存在的状态数（1.1-7）与(1.1-4)式一致的结果。模式数（波动观点）=量子状态数（光子观点）§1.2光的相干体积与相格相干体积：其中任意两点相干度都接近于1。相格：微观粒子（光子）的运动状态。同一模式的光、同一量子状态的光子，都是相干的1.相干性两个光波的频率和振动方向都相同，而且在足够长的观察时间内它们的位相差维持不变-----相干函数（经典光学）------相干度----条纹相干面积：光通过的面积上任意两点的光都有关联（相干度接近1）相干长度：相干体积：2.相干体积由物理光学：由光源的线宽和张角决定，的光源在张角内的传播方，体积内相干3.相格体积准单色光亮度为的扩展光源发光，在法线方向传播具有不同动量的光子由乡空间描述由体积的光源发出动量限于立体空间内的光子在xy方向的动量测不准相格空间体积4.结论1)相格空间体积=光模体积=光子空间体积=相干体积2)模式、光子的量子状态、相干体积、相格在描写光方面等价。§1.3光子简并度1．定义（处于同一相空间相格中的光子数、处于一个模式中的光子数、处于相干体积内的光子数）处于同一种量子状态的平均光子数2．热光源的光子简并度热平衡状态下光源光子简并度，BoseEinstein统计，表示具有能量为的最可几的数目（1.3-1）能量为的每一运动状态的平均光子数为（1.3-2）3．光子简并度与单色亮度（或称光谱亮度）准平行、准单色光、光束截面，立体角为，平均光功率为P，则时间，通过光束截面的光子数（1.3-3）N个光子分布在多少个模式中：频率间隔内，立体角内，光子状态数（模式数）时间内，垂直截面，光束所占体积带入上式得：(1.3-4)一种量子状态所具有的平均光子数为：（1.3-5）单色亮度（1.3-6）代入（1.3-5）得：4．讨论光子简并度精辟地说明光源的基本特性激光器在提高光子简并度方面有重大突破，提高光子简并度意味着---单色亮度高、单色性好、方向性好、偏振特性好