Abstract
The wave-particle duality of light plays important role in quantum optics and it often produces a result different from that of classical wave theory. In this paper, we study the intensity and phase fluctuation of light which show certain change after light goes through a beam splitter, and show the difference between the classical and quantum theory. We show quantitatively that the uncertainty of phase increases at the output of a beam splitter due to the contribution of vacuum fluctuation, even though classical theory predicts no such change in phase fluctuation. The expectation values of normally ordered operators are introduced where the vacuum effect is naturally eliminated, and it is shown that the classical informations are recovered in this way. Analysis on the expectation values produces a distinction between measured phase and inferred phase values and they are related through the contribution of vacuum field.
빛의 입자 파동 이중성을 수용하는 양자 광학은 때때로 파동성에만 바탕을 둔 고전 광학과 상이한 결과를 보여준다. 본 논문에서는 빛이 빛살 가르개를 통과하면서 그 세기와 위상에 대한 요동이 어떻게 변화하는가를 고찰하고 고전 이론과 양자 이론이 보이는 차이점을 기술하였다. 측정 가능량을 나타내는 세가지 연산자를 통하여 고전 이론과는 달리 양자 이론에서는 빛살 가르개를 통과한 후 빛의 세기와 위상에 대한 불확실도가 증가함을 보이고 이를 진공 요동에 의한 효과로 정량적으로 분석하였다. 한편 진공효과를 배제하는 과정으로서 정규 차례를 따르는 연산자에 대한 기대치는 고전적 파동 이론의 결과와 일치함을 보임으로써 고전적 파동 이론과의 대응성을 추구하였다. 또한 이러한 결과로부터 진공 효과를 포함하는 실제의 측정 위상과 고전 이론에 대응하는 추측 위상의 구분 및 그 관계를 보였다.
