главная   оптика   волоконная оптика   спектроскопия   лазеры   лазерные системы
 
     
 
Оптика /
  Тысячелетняя история развития оптики
  Природа света. Свойства электромагнитного излучения
  Скорость света
  Фотон
  Фонон
  Спектральные диапазоны электромагнитного излучения
  Источники света
  Прозрачность вещества
  Параметры электромагнитного излучения. Единицы измерений
  Квантовая запутанность
  Законы оптики и оптические эффекты
  Компоненты оптических схем
  Оптические материалы
  Оптические системы
  Свет и энергетика
  Зрение
Волоконная оптика
Спектроскопия
Лазеры
Лазерные системы
Телекоммуникации и связь
 
Выставки и конференции
Новости науки и лазерной техники
 
О проекте
Ссылки

 

Основные свойства фотонов

 

Перевод Дмитрия Викторова

  • Дифракция света на двух щелях •  Распространение света (например, в свободном пространстве или в волноводе) описывается волновым полем. Амплитуда квантово-механического поля, возникающая в некоторой точке пространства и в некоторый момент времени – это суперпозиция состояний, которым соответствует различные возможные пучки света. Эти пучки могут интерферировать друг с другом конструктивно или деструктивно, что проявляется в возникновении хорошо известных оптических интерференционных эффектов. Простое изображение частицы трудно согласовать с наблюдениями. Так, например, в классическом эксперименте с двумя щелями, обычная частица должна будет пройти через одну из двух щелей, а другая щель в этом случае должна быть просто неуместна. Волновая теория не может объяснить, почему частицы могут достигать определенных мест за двойной щелью только тогда, когда одна из щелей закрыта, но не тогда, когда обе открыты (деструктивная интерференция).
  • •  Когда свет взаимодействует с атомами или другими частицами, к световому полю или от светового поля может быть передано только то количество энергии, которое является целым кратным энергии фотона hν . Это можно легко истолковать как поглощение или испускание некоторого числа фотонов. Такие процессы возможны только тогда, когда частицы (например, атомы) в состоянии принять такое количество энергии, то есть, если они имеют квантово-механические энергетические уровни с разностью энергий, соответствующей энергии фотонов, или когда частицы обладают целым кратным числом соответствующей энергии (→ двухфотонного поглощения). Волновая теория может объяснить эти энергетические ограничения как резонансные эффекты, но не может объяснить квантование энергий.
  • •  Квантование энергии также проявляется во взаимодействии с фотоприемнками высокой чувствительности, которые позволяют считать фотоны (см. фотоэлектронные умножители), то есть для регистрации отдельных событий поглощения фотона. Это находит применение в различных областях науки и техники.
  • •  Фотоны обладают нулевой массой покоя, поэтому не могут быть замедлены или доведены до состояния покоя. Существуют явления ”медленного света”, но такие явления встречаются только в среде, где электромагнитное поле сильно взаимодействует с веществом. Эффект «медленного света» не может быть объяснен только в рамках описания электромагнитной волны.
  • •  По своей природе фотоны являются бозонами, то есть несколько фотонов (в отличие от электронов) как бы заполняют определенным образом одну и ту же моду излучения. Это видно, например, в процессе вынужденного излучения (что очень важно для лазеров), но также и в энергетическом спектре теплового излучения (излучение абсолютно черного тела).  
  • •  Фотоны могут встречаться в связанных состояниях (entangled states), где определенные свойства (например, поляризация) сопоставляются между различными фотонами, даже если эти свойства получают определенные  значения, но только тогда, когда производилось измерение. Благодаря возможности измерения связанных фотонов в различных местах пространства, создается впечатление, что возможна сверхсветовая передача информации (парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена), но при ближайшем рассмотрении видно, что в действительности это не так.
Конечно, квантовая теория может быть применена к любому виду электромагнитных волновых явлений, а не только к видимому свету. Впрочем, квантовые эффекты не так важны, например, в области радиотехники, как в области оптики и лазерной техники. Это потому, что энергия фотона в радиоволне очень небольшая по сравнению с тепловой энергией kT при комнатной температуре, тогда как обратное верно для оптических явлений.
 
В лазерной физике, зачастую рассматривается случай распространения фотонов в среде, например, в прозрачных кристаллах или стеклах, включая лазерную активную среду. Строго говоря, название «фотон» не объясняет, как электромагнитные волны взаимодействуют с такими средами, и то, что распространяются в таких средах как квази-частицы, которые иногда называют поляритонами, напоминающие связанные возбуждения электромагнитного поля и поляризуемой среды.
 
 
Кафедра Лазерной техники БГТУ 'Военмех'

Онлайн-конвертер

 
         
 
  разработка сайта NINSIS   190005, Санкт-Петербург, ул. 1-я Красноармейская, д. 1
тел/факс: +7 (812) 316-49-09
www.laser-portal.ru