Fotodetekce - Photodetection

tento článek poskytuje nedostatečný kontext pro ty, kteří danému tématu nejsou obeznámeni. Prosím pomozte vylepšit článek podle poskytuje čtenáři více kontextu. (únor 2014) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony)

Ve své historické práci s názvem „Kvantová teorie optické koherence“^[1] Roy J. Glauber položit pevný základ pro kvantová elektronika /kvantová optika podnik. Experimentální vývoj optiky maser a později laser v té době vytvořil klasický koncept optická koherence nedostačující. Glauber vycházel z kvantové teorie detekce světla zvážením procesu fotoionizace, při kterém je fotodetektor spuštěn ionizující absorpcí fotonu. V kvantové teorii záření může být operátor elektrického pole v Coulombově měřidle zapsán jako součet kladných a záporných frekvenčních částí

${displaystyle E (mathbf {r}, t) = E ^ {(+)} (mathbf {r}, t) + E ^ {(-)} (mathbf {r}, t)}$

kde

${displaystyle E ^ {(-)} (mathbf {r}, t) = E ^ {(+)} (mathbf {r}, t) ^ {dýka}}$

Jeden se může rozšířit ${displaystyle E ^ {(+)} (mathbf {r}, t)}$ z hlediska normálních režimů následovně:

${displaystyle E ^ {(+)} (mathbf {r}, t) = isum _ {j} left ({frac {hbar omega _ {j}} {2}} ight) ^ {1/2} {hat { a}} _ {j} mathbf {varepsilon} _ {j} e ^ {i (mathbf {k} _ {j} cdot mathbf {r} -omega _ {j} t)}}$

kde ${displaystyle mathbf {varepsilon} _ {j}}$ jsou jednotkové vektory polarizace; tato expanze má stejnou formu jako klasická expanze kromě toho, že nyní amplitudy pole ${displaystyle {hat {a}} _ {j}}$ jsou operátoři.

Glauber to ukázal jako ideální fotodetektor umístěný v bodě ${displaystyle mathbf {r}}$ v radiačním poli pravděpodobnost pozorování fotoionizační události v tomto detektoru mezi časem ${displaystyle {t}}$ a ${displaystyle {it {t}} + d {it {t}}}$ je úměrný ${displaystyle W_ {I} (mathbf {r}, t) d {it {t}}}$, kde

${displaystyle {W_ {I} (mathbf {r}, t)} = langle psi mid {E ^ {(-)} (mathbf {r}, t)} cdot {E ^ {(+)} (mathbf {r }, t)} střední úhel psi}$

a ${displaystyle | psi úhel}$ určuje stav pole. Jelikož pole záření je kvantově mechanické, neznáme přesné vlastnosti dopadajícího světla a pravděpodobnost by měla být zprůměrována, stejně jako v klasické teorii, aby byla úměrná

${displaystyle langle {hat {a}} _ {j} ^ {dagger} {hat {a}} _ {j} angle}$

kde úhlové závorky znamenají průměr nad světelným polem. Význam kvantové teorie koherence je v pořadí tvorba a zničení operátory ${displaystyle {hat {a}} _ {j} ^ {dagger}}$ a ${displaystyle {hat {a}} _ {j}}$:

${displaystyle [{hat {a}} _ {j}, {hat {a}} _ {j} ^ {dagger}] = 1}$

Od té doby ${displaystyle {hat {a}} _ {j} ^ {dagger} {hat {a}} _ {j}}$ se nerovná ${displaystyle {hat {a}} _ {j} {hat {a}} _ {j} ^ {dagger}}$ pro světelné pole pořadí činí kvantová statistická měření (například počítání fotonů) zcela odlišná od klasických, tj. neklasické vlastnosti světla, jako například fotonový antibunching.

Kromě toho má Glauberova teorie fotodetekce dalekosáhlý zásadní význam interpretace kvantové mechaniky. Teorie detekce Glauber se liší od pravděpodobnostní interpretace Born,^[2] v tom, že vyjadřuje význam fyzikálního zákona ve smyslu měřených faktů (vztahů), počítání událostí v detekčních procesech, bez převzetí částicového modelu hmoty. Tyto pojmy zcela přirozeně vedou k relačnímu přístupu ke kvantové fyzice.

Reference