Содержание

Содержание 1

1. Краеугольные камни фотоники (Nature milestones). 4

1948 г. Появление голографии 5

1960. Создание лазера 5

1961. Создание нелинейной оптики. 5

Неравенства Белла 7

Фотонный кристалл 8

Плазмон-поляритоны 8

Зеркальный блеск или как обеспечить обратную связь? 10

2. Голография. Физические принципы. Основные схемы получения голограмм. 11

3. Хронология создания лазера. Подробности и факты. 12

Литература: 14

4. Создание нелинейной оптики. Понятие о нелинейных оптических явлениях. Основные нелинейные эффекты. 15

5. ЭПР парадокс. «Кот Шредингера». 16

1. ЭПР парадокс 16

Парадокс ЭПР получил такое название в честь его авторов: Альберта Эйнштейна, Бориса Подольского и Натана Розена. В 1935г. они впервые обратили внимание на очень странное свойство квантовых объектов, проведя мысленный эксперимент, состоявший в следующем. Пусть некая частица распалась, и родившиеся при этом два протона разлетелись из единого центра. (рис 5.1).Согласно квантовой механике, при условии отсутствия наблюдения за протонами, их свойства остаются неопределенными и могут быть представлены как суперпозиция всех возможных состояний. (Это означает, что каждый отдельный протон движется во всех возможных направлениях. Какие-то определенные свойства частица приобретает только в момент эксперимента над ней.) 16

Из-за общего происхождения протонов, их свойства тесно взаимосвязаны друг с другом. Например, благодаря закону сохранения импульса известно, что если один протон направился к северу, то другой обязательно направится к югу. В силу этой закономерности, измерив импульс одного протона, мы сразу узнаем значение импульса второго, даже если он успел улететь на противоположный конец Вселенной. Как утверждает квантовая механика, до момента измерения каждый из протонов одновременно находился во всех доступных ему состояниях. Предположим, что эксперимент проводится над первым протоном. В момент измерения он обретает конкретное направление движения. Что касается второго протона, то для того, чтобы привести свое состояние в соответствие с законом сохранения импульса, он должен мгновенно узнать о результате измерения и так же мгновенно подстроить собственное состояние под ожидаемый результат. Суть этой подстройки заключается в том, что из бесконечного множества доступных ему направлений движения, в которых он одновременно пребывал до момента проведения эксперимента, он выбирает одно, и этот выбор происходит мгновенно, в момент проведения опыта. Но как совместить это мгновенное «осознание» с ограниченной скоростью распространения сигнала в нашем мире? Специальная теория относительности утверждает, что в наблюдаемом мире сообщения, посланные в любой форме, не могут идти со скоростью, превышающей скорость света. Скорость света велика, но не бесконечна. Если протоны разлетелись на разные концы Вселенной, то «письмо», отправленное первой частицей и идущее со скоростью света, достигнет адресата – второго протона, через многие и многие тысячи лет. Это значит, что именно такое время необходимо для того, чтобы второй протон узнал об эксперименте. 17

Эйнштейн решил, что картина процесса, которую рисует квантовая механики и в которой частицы мгновенно оповещают друг друга о происходящем с ними, никак не вяжется с наблюдаемой реальностью. Поэтому свойства каждого из протонов должны быть зафиксированы уже с момента разлета частиц. С момента рождения протонов, они должны лететь в противоположных направлениях. Исходя из такой оценки результатов мысленного эксперимента, Эйнштейн пришел к заключению, что предсказание квантовой теории, в соответствии с которым выбор направления происходит только в момент измерения, следует считать ошибочным. [5.1]. 17

Предполагалось, что мнение Эйнштейна должна была подтвердить, созданная Джоном С. Беллом объективная локальная теория, в соответствии с которой свойства квантовой системы существуют объективно, т.е. независимо от измерения. Применительно к ситуации, обсуждаемой в парадоксе ЭПР, вывод объективной локальной теории звучит следующим образом: протоны, в соответствии с законом сохранения импульса, летят в противоположных направлениях уже с момента разлета. Разница теории Белла с квантовой механикой состоит в том, что последняя требует конкретизации состояния микрообъекта только в момент опыта. [5.2] 18

2. «Кот Шредингера». 18

2.1 Суть эксперимента: 18

2.2 Копенгагенская интерпретация. 19

2.3 Парадокс Вигнера. 19

Это усложнённый вариант эксперимента Шрёдингера.  Юджин Вигнер ввел категорию «друзей». После завершения опыта экспериментатор открывает коробку и видит живого кота. Вектор состояния кота в момент открытия коробки переходит в состояние «ядро не распалось, кот жив». Таким образом, в лаборатории кот признан живым. За пределами лаборатории находится друг.  Друг еще не знает, жив кот или мёртв. Друг признает кота живым только тогда, когда экспериментатор сообщит ему исход эксперимента. Но все остальные друзья еще не признали кота живым, и признают только тогда, когда им сообщат результат эксперимента. Таким образом, кота можно признать полностью живым (или полностью мертвым) только тогда, когда все люди во вселенной узнают результат эксперимента. До этого момента в масштабе Большой Вселенной кот, согласно Вигнеру, остаётся живым и мёртвым одновременно. [5.4] 19

2.4 Практическое применение 20

Литература: 21

5.1 Белс В. Квантовый эксперимент. 5.2 Сборник статей "Миры Велкора Белса" 5.3 www.festivalnauki.ru/statya/14967/kot-shredingera 21

6. Квантовая телепортация. Неравенства Бэлла. Эксперимент А. Аспекта. Экспериментальный инструментарий. Область применения. 22

Эксперимент Аспэ 23

Неравенства Белла 23

Применение 25

Литература 26

6.1журнал «Physical Review Letters» http://www.aip.org/png/html/teleport.htm 26

Принцип работы оптических волоконных световодов. 27

Список литературы: 34

8. Фотонные кристаллы. Свойства фотонных структур. Фотонные запрещенные зоны. Управление распространением света в веществе. 35

Классификация фотонных кристаллов 35

Применение фотонных кристаллов 38

Фотонные запрещённые зоны 42

Литература 43

43

9. Квантовые электродинамические резонаторы. Охлаждение микромеханических резонаторов. 44

Актуальность. 44

Немного истории. 44

Общий подход. 44

Зачем это нужно? 45

Литература 46

10. Квантово-каскадные лазеры. Принцип работы. Типы Применение. 47

1.История создания 48

2.Принцип работы 49

3. Отличия от полупроводниковых лазеров на гетеропереходе 51

4.Типы квантово-каскадных лазеров 52

5.Применение 53

6.Особенности ИК и ТГц диапазона 55

11. Вакуумные Раби осцилляции. Эффект Перселла. Область применения оптических фотонно-кристаллических резонаторов. 58