
- •Содержание
- •1. Краеугольные камни фотоники (Nature milestones).
- •1948 Г. Появление голографии
- •1960. Создание лазера
- •1961. Создание нелинейной оптики.
- •Неравенства Белла
- •Фотонный кристалл
- •Плазмон-поляритоны
- •Зеркальный блеск или как обеспечить обратную связь?
- •2. Голография. Физические принципы. Основные схемы получения голограмм.
- •3. Хронология создания лазера. Подробности и факты.
- •2.2 Копенгагенская интерпретация.
- •2.4 Практическое применение
- •Литература:
- •5.1 Белс в. Квантовый эксперимент. 5.2 Сборник статей "Миры Велкора Белса" 5.3 www.Festivalnauki.Ru/statya/14967/kot-shredingera
- •6. Квантовая телепортация. Неравенства Бэлла. Эксперимент а. Аспекта. Экспериментальный инструментарий. Область применения.
- •Эксперимент Аспэ
- •Неравенства Белла
- •Применение
- •Литература
- •6.1Журнал «Physical Review Letters» http://www.Aip.Org/png/html/teleport.Htm
- •Принцип работы оптических волоконных световодов.
- •Потери из-за поглощения (Absorprion Iosses)
- •Потери из-за рассеивания
- •Потери из-за изгибов волокна
- •Потери из-за макроизгибов
- •Потери вследствие излучения
- •Список литературы:
- •8. Фотонные кристаллы. Свойства фотонных структур. Фотонные запрещенные зоны. Управление распространением света в веществе.
- •Классификация фотонных кристаллов
- •Применение фотонных кристаллов
- •Фотонные запрещённые зоны
- •Литература
- •9. Квантовые электродинамические резонаторы. Охлаждение микромеханических резонаторов. Актуальность.
- •Немного истории.
- •Общий подход.
- •Зачем это нужно?
- •Литература
- •10. Квантово-каскадные лазеры. Принцип работы. Типы Применение.
- •1.История создания
- •2.Принцип работы
- •3. Отличия от полупроводниковых лазеров на гетеропереходе
- •4.Типы квантово-каскадных лазеров
- •5.Применение
- •6.Особенности ик и тГц диапазона
- •Терагерцовые ккл
- •11. Вакуумные Раби осцилляции. Эффект Перселла. Область применения оптических фотонно-кристаллических резонаторов.
9. Квантовые электродинамические резонаторы. Охлаждение микромеханических резонаторов. Актуальность.
В последние годы значительное внимание научного сообщества привлекают эксперименты по оптическому охлаждению механических осцилляторов. Почему? В качестве мотивации для этих экспериментов можно привести несколько причин. 1) В ряде экспериментов, где осцилляторы используются в качестве пробных тел, необходимо свести собственные тепловые шумы к минимуму (к таким экспериментам относится, например, детектирование гравитационных волн). 2) Проверка применимости квантовой теории для макроскопических механических объектов. 3) Проведение сверхточных измерений. Подробно о них будет рассказано ниже.
Немного истории.
Давление света – одно из явлений, на которых основано оптическое охлаждение резонаторов. Вот немного важных дат:
1604 г. – Кепплер высказал идею существования светового давления для объяснения поведения хвостов комет.
1873 г. – Максвелл сформулировал теорию давления света.
1
899
г. – Опыт Лебедева. Основная сложность
состояла в выделении светового давления
на фоне радиометрического эффекта и
конвекции. Радиометрический эффект
- явление самопроизвольного движения
неравномерно нагретых тел, помещённых
в разреженных газах, в направлении от
более нагретой стороны к менее нагретой.
Неравномерность нагревания обычно
осуществляется односторонним освещением
тела, с чем и связано название эффекта.
Конвекция - явление переноса теплоты в жидкостях или газах, или сыпучих средах потоками вещества. Естественная конвекция - возникает в веществе самопроизвольно при его неравномерном нагревании в поле тяготения, вынужденная конвекция – возникает по действием внешних сил.
Общий подход.
Идея экспериментов
по охлаждению резонаторов следующая –
к собственной диссипации в осцилляторе,
характеризующейся коэффициентом трения
и шумовой температурой
,
добавляется дополнительное «холодное»
трение
с шумовой температурой
.
Результирующая эффективная температура
осциллятора при этом определяется
формулой:
Где
Если
и
,
то эффективная температура может быть
гораздо меньше
:
Для справки. Диссипация энергии — переход части энергии упорядоченных процессов (кинетической энергии движущегося тела, энергии электрического тока и т. п.) в энергию неупорядоченных процессов, в конечном счёте — в теплоту.
Но это если говорить о формулах. Качественно же, типичные эксперименты по охлаждению резонаторов основаны на принципе динамической обратной связи.
К
огда
луч лазера попадает на свободное зеркало,
то положение этого зеркала соответствует
радиационному давлению и тепловым
флуктуациям. Изменяется длина резонатора
→ его резонансная частота → меняется
оптическая интенсивность в резонаторе.
Когда частота лазера меньше, чем
номинальная резонансная частота
резонатора, общий эффект охлаждает
зеркала, сокращая тепловые флуктуации.
Этот процесс называется динамическим
обратным влиянием.
Справедливо и обратное: когда частота
лазера выше резонансной частоты, движение
зеркала усиливается.
Зачем это нужно?
Детектирование гравитационных волн (в принципе, сюда же можно отнести и проведение сврехточных измерений).
Нобелевский комитет королевской Шведской Академии присудил премию 1993 г. по физике американским астрофизикам Джо Тэйлору и Расселу Халсе за открытие и исследование первого двойного радиопульсара, PSR 1913+16. Открытие было сделано на 300-м радиотелескопе Аресибо летом 1974 г. Р. Халсе, который тогда был студентом у Дж. Тэйлора. Этот радиопульсар оказался настоящей лабораторией по исследованию релятивистских эффектов. Оказалось, что пульсар, который представляет собой быстровращающуюся сверхплотную нейтронную звезду с сильным магнитным полем, входит в состав двойной системы и движется по очень вытянутой орбите (эксцентриситет около 0.6) с периодом всего 6.75 часа. При этом средняя скорость движения пульсара около 200 км/с (сравните с Землей, которая движется вокруг Солнца "всего" со скоростью 30 км/с!). Измерения времени прихода импульсов от пульсара (а его период составляет 0.059 с) делаются с огромнейшей точностью - до 15 знака после запятой. Это позволило Халсе и Тэйлору измерить очень слабые, но важные эффекты в движении пульсара, которые обусловлены общей теорией относительности А.Эйнштейна. Во-первых, в течение уже первых месяцев наблюдений был измерен поворот периастра орбиты пульсара оказавшийся 4.22663 градуса в год, в 36000 раз больше чем скорость известного смещения перигелия орбиты Меркурия в Солнечной системе. Это дало возможность определить суммарную массу компонент двойной системы 2.8275 Mc. Во-вторых, из-за огромной скорости движения пульсара по орбите были измерены другие релятивистские эффекты (т.е. те, величина которых пропорциональна квадрату отношения скорости движения к скорости света) - замедление хода времени на движущемся теле (эффект специальной теории относительности) и гравитационное красное смещение в поле тяготения (следствие общерелятивистского принципа эквивалентности). Это дало возможность вычислить массу самого пульсара, оказавшейся равной 1.4411 Мc - наиболее точное измерение массы нейтронной звезды в настоящее время! Наконец, 15-летние высокоточные наблюдения пульсара дали возможность проверить одно из наиболее интересных следствий ОТО - существование гравитационных волн, принципиально отличных по своим свойствам от электромагнитной и других известных типов энергии. Как следует из теории, два тела, обращающихся по орбите, должны излучать гравитационные волны, которые уносят энергию и орбитальный угловой момент, из-за чего орбита должна постоянно сжиматься. Для параметров двойного пульсара PSR 1913+16 теория предсказывает уменьшение орбитального периода с скоростью всего 75.8 микросекунд в год. Полученные к 1991 году Тэйлором результаты дали значение 76±0.3 микросекунды в год, что блестяще подтвердило теоретические ожидания!
Исследование квантово-механических границ. Сейчас самыми массивными объектами, для которых было продемонстрировано истинно квантовое поведение, являются фуллерены [2]. Если удастся охладить микроосциллятор, используя квантовые эффекты, это уже достижение. Кроме того охлаждение микроосцилляторов – один из шагов к реализации квантовых запутанных состояний между макроскопическими объектами и фотонами.