Интерференция фотонов
(1)
(2)
•Просто слабый источник не является источником одиночных фотонов – это суперпозиция разных состояний
Интерференция фотонов
•Свет как классическая волна
»Классическая интерференция
•Свет как классическая частица
»Интерференция одного фотона
•Свет как неклассическая частица
»Интерференция двух фотонов
•Накачка 0, нелинейный кристалл генерирует два фотона 1 и 2 с идеальной
корреляцией
•Два состояния эффективно ведут себя как один фотон
Интерференция фотонов
Классическая теория
(1) |
(2) |
(3) |
(4) |
Вакуум
Соотношение неопределенности
Электромагнитное поле в вакууме не равно тождественно нулю (аналогично как частица не может находиться в абсолютном покое)
Флуктуации вакуума
• Сила Казимира (1948)
Взаимодействие фотонов с веществом
•Фотоэффект (внешний)
Эйнштейн 1905, Нобелевская премия 1921
Закон Столетова: при неизменном спектральном составе фототок насыщения пропорционален интенсивности излучения
Максимальная начальная скорость фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой.
Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света (зависящая от химической природы вещества и состояния поверхности), ниже которой фотоэффект невозможен
Взаимодействие фотонов с атомами
•Состояния атомов описываются законами квантовой механики (энергетические уровни)
Часто квантовые состояния атомов рассматривают а свет представляют в виде классической электромагнитной волны (полу классическая теория)
Энергия атома увеличивается на энергию поглощенного фотона или уменьшается на энергию излученного фотона.
В классической теории электромагнитная волна вызывает движение электронов, что приводит к поляризации.
Энергетические уровни
•Дискретные уровни энергии атомов в веществе.
•Изолированные атомы и молекулы
• Твердое тело
•Колебательные и
вращательные уровни сложных молекул
Двухуровневая система
•Заселенность уровней
Атомы постоянно обмениваются энергией за счет столкновений.
Распределение по энергиям описывается статистически, в термодинамическом равновесии - это распределение Больцмана.
• Поглощение |
Сечение перехода |
Вероятность перехода |
Плотность потока фотонов |
|
•Спонтанная эмиссия
Спонтанный переход на более низкий уровень с излучением фотона. Описывается вероятностью перехода
Количество переходов пропорционально заселенности верхнего уровня
Двухуровневая система
•Стимулированная эмиссия
Процесс инверсный поглощению Излученный фотон имеет туже частоту, фазу, поляризацию и направление распространение
Термодинамическое равновесие
Формула Планка
Из системы скоростных уравнений получаем
•Излучение «абсолютно черного тела» (в термодинамическом равновесии)
Закон Кирхгофа