Кратко: постепенное размытие интерференционных полос при росте интенсивности можно объяснить как классическими причинами (потеря когерентности, нелинейности, детекторные артефакты, термальная турбулентность и т.п.), так и квантовыми (декогеренция, взаимное влияние фотонов в нелинейной среде, получение «следов пути»). Ниже — суть объяснений и конкретные проверочные тесты.
Классические объяснения (волновая оптика)
- Потеря временной когерентности: если ширина спектра растёт, коэренс-длина уменьшается, и при $L_c=c{\tau }_c\lesssim \Delta L$ контраст падает. Оценка: $L_c\approx {\lambda }^2/\Delta \lambda$.
- Потеря пространственной когерентности (большой источник): угловой размер источника $\alpha$ смазывает полосы; характерный межяркостный период $\Delta x=\lambda D/d$ и видимость убывает при $\alpha d/\lambda \gtrsim 1$.
- Нелинейные эффекты в среде (Kerr, самофазовая модуляция) дают фазовый сдвиг, зависящий от интенсивности: $\Delta \varphi \propto n_{2}IL$, что смазывает и/или сдвигает полосы.
- Тепловые и аэродинамические возмущения (нагрев воздуха, «термальная линза») при высокой мощности ухудшают устойчивость фазы.
- Артефакты детектора: насыщение, «pile-up», временная мёртвая зона — искажают профиль и снижают видимость.
Квантовые объяснения
- При идеальной (однофотонной) интерференции увеличение потока само по себе не убивает интерференцию — если когерентность сохраняется и нет информации о пути. Поэтому заметное размытие при росте интенсивности требует либо создания «который-путь» информации (например, рассеяние фотонов на частицах/атомах, приводящее к запутанности с окружением), либо взаимодействия фотонов (в нелинейной среде), либо квантовой декогеренции.
- Детекторная квантовая статистика: изменение $g^{(2)}(\tau )$ (корреляций) при росте интенсивности указывает на изменение статистики источника (банчинг/антибанчинг), что может влиять на наблюдаемый образ при совместном учёте временных разрешений.
Как экспериментально отличить (практические тесты)
1. Менять интенсивность с помощью нейтральных фильтров перед источником (сохраняют спектр/пространенную моду): если видимость не меняется при ослаблении — проблема не в фундаментальной квантовой декогеренции, а в источнике/среде/детекторе при высоких мощностях.
2. Менять интенсивность путём ослабления после формирования интерференции (перед детектором): если видимость восстанавливается при ослаблении только перед детектором — виноват детектор (сaturation/pile-up).
3. Измерить спектр при разных мощностях: появление спектрального расширения при росте мощности → объяснение классическое (потеря временной когерентности, самофазовая модуляция).
4. Померить $g^{(2)}(0)$ и корреляции (коинцидентные счёты): переход в режим одиночных фотонов (источник с $g^{(2)}(0)\approx 0$) и наблюдение интерференции по одному фотону исключают классические многопоточные эффекты; если при одиночных фотонах полосы исчезают — это признак декогеренции/взаимодействия с окружением.
5. Убрать возможные нелинейные среды/воздух (вакуум, теплоизоляция): если в вакууме при тех же мощностях полосы восстанавливаются — классическая термальная/турбулентная причина.
6. Проверить зависимость фазы/смещения полос от интенсивности: линейное смещение $\Delta \varphi \propto I$ укажет на нелинейный индекс $n_2$ (классическое нелинейное объяснение).
7. Менять размер и пространственную монохроматичность источника (одномодовый лазер против лампы): если размытие связано с увеличением потокa только для некогерентных источников — классическое объяснение.
Короткий практический алгоритм: использовать одномодовый лазер, ослаблять интенсивность нейтральным фильтром перед щелями и измерять видимость $V=(I_{max}-I_{min})/(I_{max}+I_{min})$ и спектр; параллельно — измерять $g^{(2)}(\tau )$ и проверять эффект в вакууме. Если при сохранённой когерентности видимость не падает — причина классическая (детектор/среда/нелинейность); если падает даже в одномодовом/одиночном- фотонном режиме — искать квантовую декогеренцию/взаимодействие, которое даёт «который-путь» информацию.