5.7.1　光损耗带来的光子统计退化

5.7.1　光损耗带来的光子统计退化

一束光经过损耗介质后被探测，如图5.7(a)所示。如果介质的透射率为T，则可以把介质看作一个T:(1－T)的分束器（beam splitter），如图5.7(b)所示。分束器把光子按照T:(1－T)的透射反射比随机分成两部分并从两个端口输出，只有透射的光子进入探测器，然后被计数器记录。因此，损耗介质从入射光子流中以概率T随机选择光子。显然，计数器这样记录的光子分布比光源发出的光子分布更为随机。如图5.7(c)所示，具有恒定时间间隔的光子流经过50:50分束器后，规则的光子分布退化为随机的光子分布。因此，低透射率的光损耗介质的随机取样性质会使光子流的规则性退化，从而使光子间的时间间隔变得完全随机。

图5.7　光损耗介质带来的光子统计退化

光子计数实验中，造成效率降低的因素有多种，包括：(https://www.daowen.com)

(1)光学收集效率低，光源发出的光子只有部分被收集到探测装置中，对应着从光源中随机选择的部分光子；

(2)光路中各个光学器件吸收、散射，以及器件表面反射所造成的损耗，对应着器件随机选择的部分光子；

(3)探测器的量子效率（如PMT利用光电效应产生光电子，有些光子没能激发光电子）影响了探测过程的效率，对应着只有部分随机光子产生的电脉冲被探测到。

前两项使光子的统计分布退化，而第三项使光子统计与光-电统计之间的关联退化。以上因素都等效于光子的随机取样，很方便应用分束器的模型加以分析。不过，这些分析也预示了亚泊松光的脆弱性：所有的损耗和低效率都趋于使光子统计退化为泊松（随机）分布。这意味着，必须尽可能地降低光学损耗，并选用高效率的探测器，以观测到光子统计的量子效应。