Physics 版 (精华区)

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标  题: 熵光学--光学新分支
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年04月17日18:26:13 星期二), 站内信件

熵光学：光学新分支
从高分辨光谱测量到高精度自旋偏振测量，从光通讯到学光信息处理，溯南师范大学物
理系方卯发教授近年来研究的新课题──熵光学在这些领域已显露出了广阔的前景。近
日，笔者就此对方卯发进行了访谈。
方卯发首先介绍了开始研究这一课题的最初构想：熵，这一概念和理论起源于热力学、
统计物理学。目前，这种理论已超越物理学领域，在教学、化学、生物学、生命科学乃
至社会科学等众多领域都有了广泛的应用。但熵理论在作为物理学分支的光学领域中的
应用还相对较少。由于熵能够概括物理发展过程中共有的特征，它右用于基础光学及其
它光学分支领域的研究。因此用熵理论系统全面研究光学问题是可行的。
传统的研究光场压缩的学术文献一般作法是：从海森堡测不准关系出发，用均方差量度
光场的量度涨落，根据光场某一正交分量的均方差是否小于真空起伏来判断光场某正交
分量是否出现压缩反应。在研究中，方卯发发现，在许多情况下，这种仅涉及二阶统计
矩的物理量不能用来作为量子涨落的物理量不能用来作为量子涨落的合适度量，物理上
存在许多问题，若用均方差来考察，会导致不合理的描述。一个更为满意的量子涨落的
量度是给定问题的信息嫡。在量于光学中，许多文献在对Jaynes-Cumming中光场的方差
压缩作了研究后表明：光场与原子相互作用时存在方差压缩效应，而光场的熵压缩这一
领域还没有人涉及。因此，1997年，方卯发在《嫡测不准关系与光场的熵压缩》一文中
证明了熵更敏感于光场的压缩效应，嫡压缩实现了压缩的高灵敏度。
同时，光场的熵与光场的密度矩阵以及光学系统的光强分布直接相联系的特点也反映了
用熵理论研究光学系统的光学问题的可行性；熵包含密度矩阵的高阶统计矩的特点反映
了用熵理论研究光学问题的高灵敏度。此外，联系到历史上用量子论研究光学问题形成
了光学新分支──量子光学，用通讯理论和傅利叶变换研究光学问题出现了光学新分支
──傅利叶光学，用统计物理理论研究光学问题创立了光学新分支──统计光学，形成
了熵光学。
方卯发研究发现熵光学为光场与原子相互作用的量子效应提供了更丰富、更深刻的物理
机制解释。光场压缩效应在光通讯、激光物理、弱信号探测中也有广泛应用，并且初步
发现：熵能够为光场相干度，偏振度提供十分定量的量度，这样可以把光场相干度，偏
振度与光场的序度相联系，建立光传播的熵理论，揭示光波通过传播和衍射后光场序度
的变化规律。在相干光照条件下，自身平面上具有极值熵，在光学图像处理方面，利用
最在熵原理可获得最佳的光学图像恢复。在全息光学方面，对于全息透镜的成像，传统
的作法是用象差均差确定最佳象差很小，对于大象差情况，只有利用最小熵原理，才能
有效确定最佳象平面位置。
作为首次用熵理论全面、系统研究光学问题，形成光学新分支──熵光学的学者，方卯
发长期以来一直从事光学、理论物理的数学和科研工作。在谈到这一学科创立的意义时
，方卯发认为，用熵理论全面研究光学领域的基本问题和前沿问题，具有学科交叉的特
点。因此，用熵理论研究光学问题，可以建立新的光学理论，揭示新的光学规律，获得
新的光学应用。用熵理论来研究光学问题，逐步形成光学新分支──熵光学学科的发展
，具有重要的学术意义。1999-12

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