Quantum Optics - fizikai enciklopédia
Quantum Optics - Optika részben statisztikai tanulmányok. tulajdonságai és könnyű területeken kvantum megnyilvánulása ezeket a tulajdonságokat a kölcsönhatás a fény és az anyag folyamatokat. A fogalma a kvantum szerkezete sugárzás által bevezetett M. Planck (M. Planck) 1900-ban, a fénypont, valamint bármely fizikai támadás. területén, mert a kvantum jellegű tárgyát statisztikák t. e. az állapota határozza meg a valószínűségi értelemben. A 60-as években. Úgy kezdődött intenzív tanulmányozása statisztikai. Optikailag tulajdonságait. E-sáv - a magnézium. sugárzás kapcsolódó számos oka lehet. Először is, a fejlesztési lézerek megnyitotta a lehetőséget képező világító mezők bomlik. statisztikai. tulajdonságok - alapvetően új Phys. tárgyakat. (Pre-lézer fényforrások a saját statisztikai. A tulajdonságok ilyen zaj generátor, amelynek Gauss-eloszlás.) Továbbá, a kvantum folyamat spontán foton termelés elkerülhetetlen forrása jelentős ingadozása a mezők által tanulmányozott K. kb.; Végül, a regisztrációs fény fényérzékelők - fotootschoty - diszkrét kvantum véletlenszerű folyamat. Amellett, hogy ezeket a végzetes és specificitás. C. kb. kvantum sztochasztikus okokból világító mezők okozhat december mások, például. tehn. zaj sugárzás generátorok, a fényszórás a közegben, és így tovább. n. Egy másik jellemzője a AK. Ez abban rejlik, hogy kapcsolata nemlineáris optika; Egyrészt, a nemlineáris Opt. folyamatok változását statisztikai. tulajdonságait a fénypont, a másik - a mező statisztika befolyásolja az áramlás nemlineáris folyamatok. Az egyik DOS. K. o.- feladatok állapotának meghatározása a fénypont. A megoldás gyakorlatilag csak akkor lehetséges csökken. képezik még a monokróm. mező, t. k., még van egy végtelen számú szabadsági fokkal, például. megállapítja, tetszőleges számú foton. Emiatt tulajdonképpen vizsgált egyedi jellemzőit a fénypont, mint például a tanított semmilyen statisztikai. fizika. VK kb. állam a területen, és a kép leírja a korrelációs függvények az ingadozások. vagy mező korrelátorokban. Ezek a meghatározás szerint a kvantummechanikai. Az átlagok a területen szereplők (lásd. még kvantumtérelméletben). A legegyszerűbb mező jellemzők körét és Sze intenzitását. Ezek a jellemzők találhatók a kísérletek, például. fényintenzitás - a méréseket fotoemissziós elektron sebessége a PMT. Elméletileg, ezeket a mennyiségeket a leírt (anélkül, hogy a polarizációs mező) mező korrelátor egy rum - hermitikus konjugátum üzemeltető elektromos alkatrészek. mezők
A tér-idő pont x = (r, t). Az üzemeltető által kifejezett - megsemmisülés operátor (lásd másodkvantálás.) Photon „K” -edik field módban Uk (R):
Ennek megfelelően úgy fejezzük létrehozása révén operátor jele <.> jelöli átlagolása kvantumbit a területen, és ha úgy kölcsönhatása az anyaggal, majd az államok az anyag. Csak speciális esetekben (pl. Azokon a területeken, Gauss) teljes körű tájékoztatást az állam a mező tartalmazza a correlator G 1,1 (x1. X2). Általában a részletes meghatározása az állam területén összefüggés ismerete szükséges. f-TIONS a magasabb rendű (soraiban). A formanyomtatvány a korrelációs függvények miatt bejegyzésével kapcsolatosan a felszívódás fotonok hozott általában rendezett:
Egy raj minden n teremtés szereplők állni a bal oldalon minden megsemmisülés szereplők hektár rendelés correlator összegével egyenlő n + m. Majdnem sikerül felfedezni a korrelációs függvények kisebb megrendeléseket. Leggyakrabban ez korrelációs függvény G 2,2 (x1, x2, .. X1, X2), a-Ing jellemzi ingadozása a sugárzás intenzitása. Azt találtuk, kísérleti közös számla két fotondetektorokat. Hasonlóképpen határoztuk korrelátor G N, N (x1, xn; .. Xn x1 ..) a regisztrációs fotonok számít n adatok vevőkészülékek vagy n-foton abszorpciós. Meghatározása G n, m és n Wm csak lehetséges optikailag nemlineáris. kísérletek. Állandósult körülmények megváltoztak méretei correlator G n, m időben igényli a törvény az energiamegmaradás:
ahol w 6 szolgáltatók frekvencia harmonikus volt. Különösen, G 2, l megtalálható a térbeli interferencia minta trohvolnovogo interakció a pusztítás és létrehozását két foton (lásd. Kölcsönhatása fényhullámok). Különösen érdekes instacionárius korrelátorok jelentése G 0,1 (x), amely meghatározza az intenzitása a kvantum mező. A nagysága | G 0,1 (x) | 2 értékét adja meg a térerősség csak spec. esetekben, különösen a koherens területeken. Az egyik Naib. teljes mező jellemzők, kísérletileg határozzuk meg, egy olyan funkció a tér-idő eloszlása a beütésszámot p (n, T) - a valószínűsége pontosan n fotootschotov időintervallumban T. Ez a jellemző egy rejtett információt korrelátorok tetszőlegesen magas érdekében. Azonosítása rejtett információkat, különösen azonosító funkcióban sugárforrás intenzitás eloszlás, a tárgya t. N. inverz fotonszámlálási K. on. Pontszám -eksperiment foton amelynek alapvető kvantum természetű, hogy egyértelműen nyilvánvaló, ha az észlelt térerősség én nem ingadozik. Még ebben az esetben, az intézkedés hatására véletlenszerű időbeli fotootschotov Poisson-eloszlás
ahol b - érzékenysége jellemző a fotodetektor, T N .. annak hatékonyságát. . Mivel az igazi lehetetlen teljességgel meghatározza az állam területén, általában úgy vélik, hogy a kísérletek eredményeit tanúskodni javára - l. A mező modellek. Naib. elterjedt köztük K. kb. Ezek a modell koherens sugárzás, hősugárzás. . Szuperpozíció és nek- egyéb jellemzője közötti különbségek mezők gyakran már nyilvánvaló az ingadozások az intenzitás határozza meg a normalizált korrelációs függvény: Érték g (. X1, x2) hajlamos arra, hogy az 1. sokszínűség tér-idő pontok x1 és x2. amely megfelel a statisztikai. fotootschotov függetlenség őket. Amikor kombinálásával pont x1 = x2 = x különbség g (x. X) az egység (g-1) jellemzi a szintjét sugárzás intenzitása ingadozások, és abban nyilvánul meg különbségek a számok egybeesésekből fotootschotov kapott egyidejű és független regisztráció a két érzékelő. Intenzitásának változásait egy egymódusú mezőértéket jellemezve
ahol az átlag kényelmesen elvégezhető az államok | n> (lásd állapot vektor.) sűrűségmátrix
egy raj-P - a valószínűsége, hogy a mód mező az állapotban n fotonok. A termikus sugárzás valószínűsége Pn sor Bose - Einstein statisztika:
ahol Sze a fotonok száma a módban Ez erősen ingadozó területen, a-cerned g = 2 Ez jellemzi laikus. korrelációs g -1> 0 a szimultán kimutatására két foton. Az ilyen intenzitás-ingadozások az esetekben, ahol g> 1 nevezzük. K. on. foton csomósodás. Példa mezők nulla korrelációs g -1 = 0 képviseli található mezők m. N. koherens állapotok. meg kell-ryh Ez a speciálisan szentelt K. kb. osztály mezők nonfluctuating intenzitással keletkezik, például. klasszikusan mozgó elektromos töltések. Koherens Naib területen. egyszerűen leírt t. n. P (a) -representation Glauber (lásd. Kvantum koherencia) .Ebben a képviselet
ahol
Expression (**) lehet tekinteni, mint amely megfelel a klasszikus. kifejezés g. egy rum-P (a) kell tekinteni F-CIÓ amplitúdó eloszlásának klasszikus. mező és mindig to- P (a)> 0. Ez vezet a feltétellel g> 1, v. E. A lehetőségeit a klasszikus. Csak csoportosító mezőket. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy az intenzitás ingadozások a klasszikus. területén ugyanakkor okozhat hasonló változást fotootschotov mindkét fotódetektorok. Koherens területén, mind a klasszikus és kvantum, kapnak sűrűségfüggvénye
d-dimenziós p-CIÓ a komplex síkban a. Melegítsük klasszikus. jellemzett fel a területen. f-CIÓ (amely leírja a csoportosulás őket). Kvantum mezők P (a) - f-ció valós, de véges mező érv, és ez eltarthat otritsat. értéket, akkor r. n. quasiprobability sűrűsége. Statisztikák már fotootschotov mezőkben a pontos szám N> 1 fotont módban Pn = Dnn (Dnn - Kronecker szimbólum) lényegében nem-klasszikus. Ezen állam g = 1 - 1 / N. amely megfelel otritsat. korrelációs: g -1 <0. Такие случаи наз. в К. о. антигруппировкой фотонов, к-рую можно объяснить тем, что поглощение фотона одним из детекторов уменьшает вероятность фотоотсчёта в другом. Эффект антигруппировки наблюдается и в свете, резонансно рассеянном одним атомом. В этом случае регистрируемые кванты спонтанно рождаются в среднем через определ. интервалы времени и вероятность одноврем. рождения двух квантов равна нулю, что и даёт нулевую вероятность их одноврем. регистрации. Группировка и антигруппировка фотонов могут быть совместным свойством одного поля и могут проявиться как то или другое в зависимости от времени задержки между регистрацией фотоотсчётов двумя детекторами в эксперименте счёта совпадений. Группировка и антигруппировка фотонов проявляются и в виде отличия формы распределения числа отсчётов от распределения Пуассона (*), свойственного когерентным полям. Группировка проявляется в тенденции к сгущению фотоотсчётов, антигруппировка - в более равномерном, чем пуассоновское, распределении во времени. Исследование статистич. квантовых свойств излучения, таких, как, напр. группировка и антигруппировка, представляет не только самостоят. интерес, но и позволяет определить особенности физ. процессов в веществе, взаимодействующем с излучением. В К. о. наиб. широко исследуется статистика рассеянного света; изучается влияние состояния поля на нелинейные, в частности многофотонные процессы . К. о. находит всё более широкую область применения. Так, напр. в связи с проектированием оптич. системы для регистрации гравитац. волн и постановкой т. н. невозмущающих оптич. экспериментов, в к-рых уровень флуктуации, в т. ч. квантовых, сводится к минимуму, внимание исследователей привлекают такие состояния поля, наз. "сжатыми", в к-рых флуктуации интересующей величины (подобной интенсивности или фазе идеально стабилизированного лазера) могут быть в принципе сведены до нуля. Лит.: Г л а у б е р Р. Оптическая когерентность и статистика фотонов, в кн. Квантовая оптика и квантовая радиофизика, пер. с англ. и франц. М. 1966; Клаудер Д ж. Сударшан Э. Основы квантовой оптики, пер. с англ. М. 1970; Перина Я. Когерентность света. пер. с англ. М. 1974; Спектроскопия оптического смешения и корреляция фотонов, под ред. Г, Камминса, Э. Пайка, пер. с англ. М. 1978; К л ы ш к о Д. Н. Фотоны и нелинейная оптика, М. 1980; Кросиньяни Б. Ди Порто П. Бертолотти М. Статистические свойства рассеянного света, пер. с англ. М. 1980. С. Г. Пржибельский.